À l'aide du modèle climatique MRCC5, les chercheurs ont calculé les changements climatiques en Europe et dans le nord-est de l'Amérique du Nord de 1950 à 2100. En comparant les données de 2000-2019 et 2080-2099, l'image de gauche montre l'évolution des précipitations mensuelles en Europe, tandis que l'image de droite montre le changement moyen de la température mensuelle de l'air en surface. Crédit :Leduc, et al.
Bon nombre des plus grandes villes du monde sont construites près des côtes, que ce soit le long des rivières ou des océans. L'humanité dépend des voies navigables pour le transport, commerce et subsistance. Cependant, les cours d'eau peuvent également déclencher des crues dévastatrices qui causent des milliards de dégâts, la perte de la vie, et des années d'efforts de nettoyage.
Deux zones géographiquement distinctes qui sont sujettes à la fureur des eaux de crue, la province canadienne du Québec et l'État allemand de Bavière collaborent depuis une décennie pour étudier les impacts du changement climatique sur les ressources en eau. Le dernier effort de ce partenariat, le projet ClimEx, vise à améliorer la compréhension des chercheurs de la dynamique des crues sévères dans des conditions climatiques changeantes. "Cette connaissance est d'une importance fondamentale, " dit le Prof. Dr Ralf Ludwig, Professeur de géographie à la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) de Munich et chef de projet de ClimEx. « La compréhension de ces phénomènes nous aide à mieux nous préparer et à améliorer notre adaptation à l'augmentation des événements extrêmes auxquels nous nous attendons à faire face à l'avenir. »
"Le but de ClimEx est d'étudier les crues extrêmes associées à de longues périodes de retour, " a dit Martin Leduc, chercheur en climat à l'ASBL Ouranos et partenaire du projet ClimEx. "Si vous regardez les observations, vous n'avez qu'une période de temps relativement courte pour référencer - souvent moins de 30 ans de précision, données détaillées. Pour les crues les plus extrêmes, ce sont des phénomènes qui se produisent une fois par siècle."
Pour modéliser efficacement les tendances climatiques à long terme, les collaborateurs de ClimEx utilisent le supercalculateur SuperMUC du Leibniz Supercomputing Center (LRZ). L'équipe a publié ses résultats les plus récents dans le Journal de météorologie appliquée et climatologie , simulant le climat du Québec et de la Bavière de 1950 à 2100.
Zoom avant, étaler
Pour étudier les tendances et les changements climatiques par calcul informatique, les chercheurs utilisent un modèle climatique pour diviser la zone d'étude en une grille pour simuler les innombrables processus et propriétés météorologiques qui forment le climat d'une zone.
Avec une quantité finie de puissance de calcul disponible pour une simulation donnée, les chercheurs doivent simuler une zone représentative du globe sur une période suffisamment longue pour établir les tendances climatiques tout en capturant suffisamment de détails pour vérifier la capacité d'un modèle à prédire le comportement climatique passé et, à son tour, prédire les événements climatiques futurs. Par conséquent, une telle expérience implique un équilibre entre la durée des simulations, le niveau de détail (résolution) de la grille, et la taille de la zone couverte.
Pour équilibrer ces demandes, les climatologues utilisent une combinaison d'un modèle climatique mondial (GCM) et d'un modèle climatique régional (RCM). Alors que les MCG simulent le climat sur l'ensemble du globe, ils doivent sacrifier le niveau de détail, ce qui signifie que la distance entre deux mailles voisines doit être supérieure à 100 kilomètres. En utilisant le Modèle régional canadien du climat version 5 (MRCC5) développé par le Centre ESCER de l'Université du Québec à Montréal en collaboration avec Environnement et Changement climatique Canada, les chercheurs sont capables d'étudier des régions du globe avec des détails beaucoup plus élevés à l'aide de grilles d'une résolution de 12 kilomètres. Cela a permis à l'équipe LMU-Ouranos-LRZ d'exécuter ses simulations, y compris les phénomènes climatiques pertinents en haute résolution.
Afin de mieux comprendre et prévoir les inondations, l'équipe réduit davantage les simulations ClimEx statistiquement pour fournir des données d'entrée pour une hyper-précision, modélisation hydrologique à haute résolution. Non seulement ce niveau de détail permet de mieux anticiper et planifier les inondations à grande échelle en Bavière et au Québec, mais cela permet également de fournir des informations de meilleure qualité pour d'autres modèles d'impact et décideurs.
Leduc a également évoqué "l'effet papillon" en ce qui concerne les simulations climatiques - même les simulations à plus haute résolution ne peuvent pas rendre compte de tous les changements minuscules qui peuvent influencer les changements climatiques. Plus loin, les chercheurs n'ont aucun moyen de savoir dans quelle mesure l'humanité réduira ses émissions dans les décennies à venir, qui pourraient influencer de manière significative les modèles climatiques. Dans ClimEx, l'équipe a réalisé 50 simulations pour la Bavière et 50 pour le Québec, à chaque itération introduisant de légers changements dans les données d'entrée, en leur donnant un total de 7, 500 ans de données climatiques pour chaque emplacement.
Non seulement ces simulations sont coûteuses en calculs, mais ils génèrent également une très grande quantité de données - plus de 500 téraoctets, En réalité. Pour obtenir des résultats significatifs de ces simulations et de l'analyse des données qui suit, les chercheurs doivent avoir accès à des ressources informatiques de pointe.
"Faire ces simulations a nécessité une quantité incroyable de ressources de calcul et les calculs durent plus de 6 mois, " a déclaré Leduc. Le personnel de LRZ a aidé à s'assurer que l'équipe pourrait exécuter ses simulations aussi efficacement que possible, et a aidé l'équipe à accéder à un îlot de calcul complet sur SuperMUC pour accélérer ses simulations, et a pu aider l'équipe à optimiser son code et à gérer son énorme quantité de données.
Prévoir l'avenir
Les simulations de l'équipe ont montré un bon accord avec les données climatiques historiques, les laissant confiants dans son pouvoir prédictif et sa capacité à aider à améliorer les modèles d'impact et les stratégies d'adaptation régionales. Ludwig confirme que l'équipe partage ses données avec la communauté des chercheurs, et explique que l'expérience ClimEx peut aider les chercheurs à étudier les probabilités futures d'événements extrêmes tels que les vagues de chaleur, inondations, et les incendies, et lier les modèles météorologiques au développement de ces événements extrêmes. Cet ensemble de données aide les scientifiques et les responsables gouvernementaux à mieux évaluer les projections des risques d'inondation et à développer des méthodes plus robustes pour atténuer les impacts des inondations.
Dans le pire des cas, dans lequel les émissions de carbone continuent d'augmenter d'environ un pour cent par an, le modèle prédit que les étés européens seront plus chauds en moyenne jusqu'à huit degrés Celsius par an à partir de 2080, et que les hivers québécois seraient jusqu'à 12 degrés plus chauds au cours de la même période.
"Ces projections font référence à l'été en Europe, et c'est important, car ce réchauffement se produira en même temps qu'une diminution des précipitations, ce qui signifie que l'Europe pourrait avoir des étés beaucoup plus chauds et plus secs, ce qui augmente la possibilité de vagues de chaleur et de sécheresse plus extrêmes, " a dit Leduc. " Il faut garder les choses en perspective, bien que. Le modèle suppose une trajectoire pour les futures émissions de gaz à effet de serre, et cette partie est encore incertaine. Nous ne savons pas à quel point nous limiterons les émissions de CO2 à l'avenir."
