“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 169 — #192
i
i
i
i
i
i
i
i
4. La modélisation en paléoclimatologie
169
4.5 Modèles du système Terre de complexité
intermédiaire (EMICS)
4.5.1 Principes de base et historique
Nous avons vu que les modèles climatiques développés à partir de modèles de circulation générale se voulaient les plus complets possibles dans leur
représentation du système climatique. Cela demande une puissance et des durées de calculs importantes, qui, en pratique, contraignent le modélisateur à
effectuer un nombre de simulations restreint. Ces simulations sont aussi assez
courtes par rapport aux durées typiques d’évolution des climats. Ainsi, en
parallèle avec les efforts de développements des modèles de circulation générale, des modèles plus simples mais plus adaptés à l’étude des paléoclimats
ont été développés. L’objectif était de représenter, dès le départ, les composantes lentes du système climatique que sont l’océan et les calottes glaciaires,
pour étudier l’évolution climatique à long terme (c’est-à-dire pour des échelles
de temps supérieures au millier d’années). Le développement de tels modèles
nécessite une « simplification » de la représentation des composantes rapides
du système climatique, en particulier de l’atmosphère. En fait, le terme de
modèle simple est un peu abusif car il s’agit surtout de modèles plus efficaces en temps de calcul. Développer un tel modèle n’est pas nécessairement
« simple » car on ne peut naïvement conserver les équations de base de la dynamique atmosphérique. Le gain de temps de calcul se fait en général par une
paramétrisation des transports de chaleur et d’humidité par les ondes stationnaires et/ou transitoires (comme par exemple, les dépressions des moyennes
latitudes), c’est-à-dire qu’on cherche à représenter l’effet de ces phénomènes
sans les calculer explicitement. Cela permet d’augmenter la durée d’un pas de
temps et d’utiliser une résolution spatiale plus grossière. Ces modèles, dont le
nombre de degrés de liberté se situe entre ceux des modèles conceptuels (de
l’ordre d’une dizaine) et ceux des modèles de circulation générale (∼10
5
−10
6 )
ont été dénommés modèles du système climatique de complexité intermédiaire
ou, en anglais, « EMIC » pour « Earth system Model of Intermediate Complexity » (Claussen et al., 2002). En fait, la terminologie a été créée bien après
le développement des premiers modèles de cette catégorie. Elle correspond plutôt à un moment où les modélisateurs spécialistes de ces modèles ont eu besoin
de se regrouper pour définir la spécificité de leurs modèles par rapport aux
autres. Ces modèles se caractérisent par une représentation plus complète du
système climatique que le simple « noyau » océan-atmosphère, par un temps
de calcul peu élevé par rapport à celui des modèles de circulation générale,
ce qui permet l’étude de l’évolution du système climatique sur des échelles de
temps longues ou l’exploration de nombreux scénarii. Il existe de nombreux
EMIC, correspondant aux nombreuses possibilités de « simplification » de la
représentation du système climatique. Notons que certains modèles ont été
développés en « dégradant » un modèle de circulation générale, c’est-à-dire
i
i
i
i
i
i
i
i
4. La modélisation en paléoclimatologie
169
4.5 Modèles du système Terre de complexité
intermédiaire (EMICS)
4.5.1 Principes de base et historique
Nous avons vu que les modèles climatiques développés à partir de modèles de circulation générale se voulaient les plus complets possibles dans leur
représentation du système climatique. Cela demande une puissance et des durées de calculs importantes, qui, en pratique, contraignent le modélisateur à
effectuer un nombre de simulations restreint. Ces simulations sont aussi assez
courtes par rapport aux durées typiques d’évolution des climats. Ainsi, en
parallèle avec les efforts de développements des modèles de circulation générale, des modèles plus simples mais plus adaptés à l’étude des paléoclimats
ont été développés. L’objectif était de représenter, dès le départ, les composantes lentes du système climatique que sont l’océan et les calottes glaciaires,
pour étudier l’évolution climatique à long terme (c’est-à-dire pour des échelles
de temps supérieures au millier d’années). Le développement de tels modèles
nécessite une « simplification » de la représentation des composantes rapides
du système climatique, en particulier de l’atmosphère. En fait, le terme de
modèle simple est un peu abusif car il s’agit surtout de modèles plus efficaces en temps de calcul. Développer un tel modèle n’est pas nécessairement
« simple » car on ne peut naïvement conserver les équations de base de la dynamique atmosphérique. Le gain de temps de calcul se fait en général par une
paramétrisation des transports de chaleur et d’humidité par les ondes stationnaires et/ou transitoires (comme par exemple, les dépressions des moyennes
latitudes), c’est-à-dire qu’on cherche à représenter l’effet de ces phénomènes
sans les calculer explicitement. Cela permet d’augmenter la durée d’un pas de
temps et d’utiliser une résolution spatiale plus grossière. Ces modèles, dont le
nombre de degrés de liberté se situe entre ceux des modèles conceptuels (de
l’ordre d’une dizaine) et ceux des modèles de circulation générale (∼10
5
−10
6 )
ont été dénommés modèles du système climatique de complexité intermédiaire
ou, en anglais, « EMIC » pour « Earth system Model of Intermediate Complexity » (Claussen et al., 2002). En fait, la terminologie a été créée bien après
le développement des premiers modèles de cette catégorie. Elle correspond plutôt à un moment où les modélisateurs spécialistes de ces modèles ont eu besoin
de se regrouper pour définir la spécificité de leurs modèles par rapport aux
autres. Ces modèles se caractérisent par une représentation plus complète du
système climatique que le simple « noyau » océan-atmosphère, par un temps
de calcul peu élevé par rapport à celui des modèles de circulation générale,
ce qui permet l’étude de l’évolution du système climatique sur des échelles de
temps longues ou l’exploration de nombreux scénarii. Il existe de nombreux
EMIC, correspondant aux nombreuses possibilités de « simplification » de la
représentation du système climatique. Notons que certains modèles ont été
développés en « dégradant » un modèle de circulation générale, c’est-à-dire