“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 157 — #180
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4. La modélisation en paléoclimatologie
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4.4.2 Vers un modèle « intégré » du système Terre
Historiquement, les premières simulations climatiques effectuées avec des
modèles de circulation générale utilisaient « seulement » des modèles atmosphériques. Les interactions avec la surface, surtout avec l’océan, étaient très
limitées, puisque la majeure partie des caractéristiques de surface était imposées (température de surface des océans, présence de banquise, albédo de la
surface, rugosité). On obtenait donc en réalité la circulation atmosphérique
en équilibre avec ces conditions de surface et autres forçages. Ceci permettait
en particulier d’évaluer la réaction de l’atmosphère à des changements de la
surface océanique. On sait cependant que l’océan, comme la végétation et les
surfaces continentales ne restent pas passifs face à un changement climatique.
Les modélisateurs ont donc très vite cherché à évaluer l’importance des rétroactions des autres composantes du système climatique sur l’atmosphère, à
partir de laquelle le climat à la surface est défini. La figure 4.2 montre l’évolution des modèles climatiques depuis leurs débuts. On y voit le couplage avec
des modèles de couche de surface océanique, puis des modèles de circulation
océanique complets. En parallèle, les modèles de la surface continentale sont
passés du modèle hydrologique très simple, avec un albédo et une rugosité
de la surface imposés, à des modèles de végétation interactive, permettant le
calcul des caractéristiques de la surface en fonction des changements de végétation induits par les changements de climat ou par l’homme. Enfin, de plus
en plus de modèles incluent une représentation de la chimie atmosphérique
et des aérosols, qui ont une influence importante sur le rayonnement, et des
grands cycles biogéochimiques tels que le cycle du carbone. Dans de tels modèles, on ne prescrit plus la concentration atmosphérique en CO 2 , celle-ci est
calculée en fonction des émissions.
Les modèles climatiques ainsi développés nécessitent une grande puissance
de calcul. Les simulations sont en général effectuées sur des super-calculateurs
adaptés à ce type de code. Ces calculateurs sont rares, ce qui explique le
nombre limité de modèles de circulation générale dans le monde. On compte
ainsi en France deux modèles de ce type, celui de l’IPSL (Institut Pierre-Simon
Laplace) et celui de Météo-France, une grosse vingtaine de modèles ayant
participé au dernier exercice du GIEC et au projet PMIP d’intercomparaison
des modèles paléoclimatiques. Les modèles, leur résolution, les composantes
du système climatique et les processus qu’on y inclut sont tout d’abord choisis
en fonction de la question à traiter, mais aussi en fonction des limites des
ordinateurs actuels. Les performances des modèles sont assez différentes selon
le modèle et le calculateur utilisé, mais on peut donner un ordre de grandeur
du temps de calcul pour le modèle de l’IPSL en résolution moyenne (96 points
en longitude, 72 en latitude, 19 niveaux verticaux) : il faut environ 4 mois pour
obtenir une simulation de 1 000 ans.
C’est grâce à l’amélioration des super-calculateurs sur les dernières décennies que le développement de modèles couplés atmosphère-océan, puis
atmosphère-océan-végétation a été possible. De tels modèles nécessitent un
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4. La modélisation en paléoclimatologie
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4.4.2 Vers un modèle « intégré » du système Terre
Historiquement, les premières simulations climatiques effectuées avec des
modèles de circulation générale utilisaient « seulement » des modèles atmosphériques. Les interactions avec la surface, surtout avec l’océan, étaient très
limitées, puisque la majeure partie des caractéristiques de surface était imposées (température de surface des océans, présence de banquise, albédo de la
surface, rugosité). On obtenait donc en réalité la circulation atmosphérique
en équilibre avec ces conditions de surface et autres forçages. Ceci permettait
en particulier d’évaluer la réaction de l’atmosphère à des changements de la
surface océanique. On sait cependant que l’océan, comme la végétation et les
surfaces continentales ne restent pas passifs face à un changement climatique.
Les modélisateurs ont donc très vite cherché à évaluer l’importance des rétroactions des autres composantes du système climatique sur l’atmosphère, à
partir de laquelle le climat à la surface est défini. La figure 4.2 montre l’évolution des modèles climatiques depuis leurs débuts. On y voit le couplage avec
des modèles de couche de surface océanique, puis des modèles de circulation
océanique complets. En parallèle, les modèles de la surface continentale sont
passés du modèle hydrologique très simple, avec un albédo et une rugosité
de la surface imposés, à des modèles de végétation interactive, permettant le
calcul des caractéristiques de la surface en fonction des changements de végétation induits par les changements de climat ou par l’homme. Enfin, de plus
en plus de modèles incluent une représentation de la chimie atmosphérique
et des aérosols, qui ont une influence importante sur le rayonnement, et des
grands cycles biogéochimiques tels que le cycle du carbone. Dans de tels modèles, on ne prescrit plus la concentration atmosphérique en CO 2 , celle-ci est
calculée en fonction des émissions.
Les modèles climatiques ainsi développés nécessitent une grande puissance
de calcul. Les simulations sont en général effectuées sur des super-calculateurs
adaptés à ce type de code. Ces calculateurs sont rares, ce qui explique le
nombre limité de modèles de circulation générale dans le monde. On compte
ainsi en France deux modèles de ce type, celui de l’IPSL (Institut Pierre-Simon
Laplace) et celui de Météo-France, une grosse vingtaine de modèles ayant
participé au dernier exercice du GIEC et au projet PMIP d’intercomparaison
des modèles paléoclimatiques. Les modèles, leur résolution, les composantes
du système climatique et les processus qu’on y inclut sont tout d’abord choisis
en fonction de la question à traiter, mais aussi en fonction des limites des
ordinateurs actuels. Les performances des modèles sont assez différentes selon
le modèle et le calculateur utilisé, mais on peut donner un ordre de grandeur
du temps de calcul pour le modèle de l’IPSL en résolution moyenne (96 points
en longitude, 72 en latitude, 19 niveaux verticaux) : il faut environ 4 mois pour
obtenir une simulation de 1 000 ans.
C’est grâce à l’amélioration des super-calculateurs sur les dernières décennies que le développement de modèles couplés atmosphère-océan, puis
atmosphère-océan-végétation a été possible. De tels modèles nécessitent un