CLIMSEC

CLIMSEC

Impact du changement climatique en France sur la sècheresse et l’eau du sol

Etude de l’évolution passée et future des réserves d’eau des couches superficielles des sols, avec un accent sur la définition et la mise en oeuvre d’indicateurs de sècheresse permettant de caractériser la typologie de ces événements.

Coordinateur Météo-France, Direction de la Climatologie, Jean-Michel Soubeyroux
Correspondant CNRM-GAME Eric Martin
Équipes Météo-France Direction de la Climatologie, GMME, GMGEC
Équipes Projet Météo-France, CERFACS, SISYPHE, CEMAGREF
Type Projet financé par la fondation MAIF
Début Février 2008
Durée 39 mois

 Objectifs

Ce projet, à vocation de recherche appliquée, a visé à exploiter au maximum les systèmes en place, tant les modèles numériques que les simulations déjà menées, afin de se concentrer sur la définition d’indicateur de sécheresse, leur étude sur une période récente et l’étude de leur évolution. Le projet a été mené en 2 phases :

Phase 1 : Etude de la variabilité de l’eau du sol sur la période 1958-2008 sur la France
Le modèle hydrométéorologique SIM (Safran-Isba-Modcou), qui a bénéficié de nombreux travaux de recherche au CNRM (Centre National de Recherches Météorologiques) est opérationnel à Météo-France depuis 2003 et permet d’assurer un suivi continu et quotidien des paramètres atmosphériques de surface, des bilans d’eau et d’énergie à échelle fine sur l’ensemble de la France.

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Schéma simplifié du modèle ISBA

Une première étape de la phase 1 a consisté à étendre la réanalyse SIM actuelle qui couvrait la période 1970-2007 à la période 1958-2008, permettant ainsi de disposer d’une base de données d’eau dans le sol de 50 ans sur l’ensemble de la France. Un effort particulier a été porté à la validation de cette nouvelle base de données afin de vérifier notamment son degré d’homogénéité temporelle
Après projection de ce forçage sur la grille Isba, une simulation couplée Isba-Modcou a été réalisée sur la période complète 1958-2008 sur l’ensemble de la France.

La seconde étape de cette phase a été consacrée à l’analyse et à la valorisation de la climatologie 1958-2008 précédemment reconstituée.
Une action spécifique a ensuite été menée sur la définition d’indicateurs de sécheresse basés sur l’utilisation de paramètres SIM (utilisation de l’indice d’humidité des sols intégré, en complément d’indices basés sur les précipitations et les débits). Le choix s’est porté sur les indicateurs standardisés permettant l’identification des différents paramètres des sècheresses (début, fin, durée sévérité, magnitude) et des analyse spatio-temporelle sur le territoire.

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Schéma expliquant la définition des événements de sécheresse et leurs caractéristiques : début, fin, durée, sévérité, magnitude

Ces indicateurs ont été ensuite appliqués à l’ensemble de la période temporelle 1958-2008 disponible pour caractériser les évènements sécheresses et leur dynamique au sein de la réanalyse SIM.

Phase 2 : Impact des changements climatiques sur l’eau du sol

La seconde partie de l’étude s’est appuyé sur les différentes projections climatiques issus des travaux AR4 du GIEC ayant bénéficié d’une régionalisation sur la France, et a permis de générer de nouvelles simulations hydrologiques avec la chaîne Isba/Modcou à partir de ces projections.

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Présentation des projections climatiques utilisées dans le cadre du projet ClimSec

Une première étape de l’analyse a consisté en une réflexion méthodologique sur l’utilisation des indicateurs1 standardisés en climat non stationnaire.
Les différentes sources d’incertitude et leur variabilité spatio-temporelle ont ensuite été caractérisées et un bilan a été établi sur les éléments convergents des différents scénarios dans l’évolution attendue des sècheresses.

 Resultats

Les principaux résultats sont présentés en suivant la logique temporelle : climat passé ; climat futur.

Climat passé :

L’homogénéité spatio-temporelle de la réanalyse Safran sur la période 1958-2008 a été qualifiée et a confirmé sa robustesse pour les études hydro-climatologiques, et ce malgré l’évolution de la densité des observations météorologiques sur la période 1958 - 2008.

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Evolution temporelle de la qualité de la réanalyse Safran pour les précipitations

Une climatologie originale de l’humidité du sol sur la période 1958-2008 à haute résolution spatio-temporelle a été réalisée sur la France. Elle a mis en évidence les variations régionales et saisonnières de ce paramètre (sols plus secs sur les régions Méditerranéennes mais aussi dans l’Ouest) ainsi que les tendances statistiquement significatives de l’assèchement des sols sur le pays, et notamment en hiver et début de printemps sur une large moitié sud et en été dans les zones de montagne.

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Tendances linéaires du SWI (an-1) sur la période 1958-2008.

Des indicateurs standardisés de sècheresse, conformes aux préconisations de l’Organisation Mondiale de la Météorologie (OMM, 2009), ont été définis pour les différents types de sécheresse identifiables au cours du cycle hydrologique (météorologique, agricole et hydrologique). La construction de ces indicateurs à partir d’une même modélisation physique des bilans hydriques en métropole (chaîne SIM) permet d’étudier de manière cohérente la propagation des sècheresses tout au long du cycle hydrologique aux différentes d’échelle de temps et d’espace : du déficit de précipitation à l’assèchement des sols et la diminution des écoulements. Ces indicateurs permettent une identification et une analyse particulière des évènements majeurs de sècheresse rencontrés en France depuis 1958 : compréhension de la propagation le long du cycle hydrologique et inter-comparaison aux différentes échelles de temps et d’espace. L’originalité de cette étude et les résultats obtenus ont été récompensés par l’obtention du prix Norbert Gerbier Mumm 2011 de l’OMM.

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Relation entre surface moyenne, durée moyenne et magnitude totale pour tous les événements de sécheresse avec le SPI (colonne de gauche) et le SSWI (colonne de droite), sur des échelles de temps de 3 mois et un seuil de 20%

Climat futur :

Le caractère non-linéaire des changements attendus au cours du siècle et l’accentuation rapide des sécheresses dans la seconde moitié du XXIe siècle est un élément à prendre à compte pour la préparation des mesures d’adaptation. D’autant que cette non-linéarité est également combinée à une augmentation de la variabilité (différences d’intensité entre périodes sèches et humides) des sécheresses futures.

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Évolution du SPI6 sur la maille de Toulouse, avec comme climat de référence celui de la simulation sur la période 1961-2000. En bleu, une spline ajustée sur la chronique de l’indice, en rouge la valeur moyenne de l’indice sur la période 2069-2099.

L’analyse des différentes sources d’incertitude (modèles climatiques, scénarios de concentration, méthode de désagrégation) dans l’évolution attendue des sècheresses au XXIe siècle, a permis de mettre en évidence leur variabilité spatiale et leur évolution temporelle :
Pour les modèles climatiques, les incertitudes dans la représentation des sècheresses des sols sont beaucoup plus fortes que celles des sècheresses météorologiques.
L’influence des scénarios de concentration de gaz à effet de serre n’est sensible qu’à partir du milieu du XXIè siècle : les écarts restent faibles entre les scénarios A2 et A1B même à la fin du siècle mais ils sont plus marqués avec le scénario de concentration plus modeste B1.
L’influence des effets liés aux méthodes de descente d’échelle sont relativement faibles, sauf à la fin du siècle.

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Répartition spatiale du temps passé en sécheresse (TPS), selon le SPI et le SSWI, intégré sur 12 mois, pour 6 modèles de GIEC AR4

Évolution temporelle des sécheresses SWI3 au cours du XXIe siècle selon les saisons (février=hiver, mai=printemps, août=été, novembre=automne) à partir des projections Arpège V4.6 scénario A2, méthode de descente d’échelle types de temps.

 Publications

Vidal, J.-P., Martin, E., Baillon, M., Franchistéguy, L. et Soubeyroux, J.-M. (2010a), A 50-year high-resolution atmospheric reanalysis over France with the Safran system. International Journal of Climatology, 30(11), 1627–1644. DOI : 10.1002/joc.2003

Vidal, J.-P., Martin, E., Franchistéguy, L., Habets, F., Soubeyroux, J.-M., Blanchard, M. et Baillon, M. (2010b), Multilevel and multiscale drought reanalysis over France with the Safran-Isba-Modcou hydrometeorological suite. Hydrology and Earth System Sciences, 14(3), 459-478. DOI : 10.5194/hess-14-459-2010
Prix Norbert Gerbier Mumm 2010 de l’OMM

Soubeyroux, J.-M., Vidal, J.-P., Baillon, M., Blanchard, M., Céron, J.-P., Franchistéguy, L., Régimbeau, F., Martin, E. & Vincendon, J.-C. (2010) Caractérisation et prévision des sécheresses et étiages en France à partir de la chaîne hydrométéorologique Safran-Isba-Modcou. La Houille Blanche, (5), 30-39. DOI : 10.1051/lhb/2010051

Soubeyroux, J.-M., Kitova, N., Blanchard, M., Vidal, J.-P., Martin, E. & Dandin, P. (2012) Sécheresses des sols en France et changement climatique : Résultats et applications du projet ClimSec. La Météorologie, 78, 21-30. DOI : 10.4267/2042/47512

Vidal, J.-P., Martin, E., Kitova, N., Najac, J. & Soubeyroux, J.-M. (2012) Evolution of spatio-temporal drought characteristics : validation, projections and effect of adaptation scenarios. Hydrology and Earth System Sciences, 16(8), 2935-2955. DOI : 10.5194/hess-16-2935-2012

 Communications

Najac, J., Vidal, J.-P., Martin, E., Franchistéguy, L. & Soubeyroux, J.-M. (2010 ) Changes in drought characteristics in France during the 21st century. Geophysical Research Abstracts, 12, EGU2010-8975

Vidal, J.-P., Najac, J., Martin, E., Franchistéguy, L. & Soubeyroux, J.-M. (2010) Assessing changes in drought characteristics with standardized indices. Geophysical Research Abstracts, 12, EGU2010-10555

Kitova N, Najac J, Vidal J.-P., Soubeyroux J.-M., Martin E., (2010) Caractérisation des sécheresses en France au cours du XXIeme siecle. Actes du XXIIIeme colloque de l’Association Internationale de Climatologie « Risques et changement climatique », Rennes, 1-4 Septembre 2010, p.433

Kitova N., Vidal J.-P., Soubeyroux J.-M., Martin E., Pagé C. Meteorological, agricultural and hydrological drought projections over France for the 21st century, Présentation orale dans European Geosciences Union General Assembly 2011 Vienna (Austria ) 03 – 08 April 2011

 Rapport

Rapport final

PDF - 2.3 Mo

 Séminaire de restitution du 30 juin : présentations

Apports méthodologiques pour la caractérisation des événements de sécheresse

PDF - 2.2 Mo

Apports opérationnels pour le monitoring des sécheresses

PDF - 2.8 Mo

Etat des connaissances sur les effets du changement climatique dans le domaine de l’eau

PDF - 3.3 Mo

Impact du changement climatique sur les sècheresses au XXIème siècle

PDF - 1.9 Mo