Les projections climatiques de l’IRM et de l’UGent publiées pour la recherche internationale

Ces deux dernières années, l’IRM a travaillé avec l’Université de Gand (UGent) à un projet ambitieux : calculer des projections climatiques à haute résolution pour l’Europe. Le modèle climatique régional de l’IRM, ALARO-0, est capable de simuler le climat pour des périodes passées aussi bien que pour différents scénarios futurs jusqu’en 2100. Le résultat de ces simulations est à présent validé et publié sur le site internet de l’ESGF (Earth System Grid Federation). Les données climatiques disponibles dans cette archive sont utilisées par des scientifiques et des décideurs dans le monde entier, pour de la recherche sur le climat mais aussi pour les rapports du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat).

 

Modèles climatiques : du global vers le régional

Les modèles climatiques globaux fournissent des projections à une résolution de 100 à 200 km. C'est sur base de ces projections climatiques que le changement de climat global peut être étudié, et en particulier, l'influence exercée par les concentrations en gaz à effet de serre toujours plus élevées sur la température de l'atmosphère. Afin de pouvoir se faire une meilleure idée de l'impact local du changement de climat, nous avons besoin d'un modèle qui fournisse plus de détails ou à plus haute résolution. Un modèle plus détaillé est d'autant plus appréciable pour l'étude des précipitations et des conditions météorologiques extrêmes.  Ces modèles climatiques plus détaillés sont couplés à des modèles globaux et en quelque sorte, effectuent un "zoom" sur une région particulière. Ce processus est communément appelé "downscaling" (réduction d'échelle). Le projet international CORDEX (CORDEX pour COordinated Regional climate Downscaling Experiment) veille à la cohérence de toutes ces simulations climatiques régionales. Les régions (voir figure ci-dessous), les variables ainsi que différents scénarios d'émission de gaz à effet de serre sont prédéfinis dans le projet CORDEX.

 

L'IRM et son modèle climatique régional ALARO-0, contribuent à EURO-CORDEX, la branche européenne du projet CORDEX. Ce modèle y est utilisé depuis que son potentiel à des fins climatiques a été prouvé, suite à des simulations réalisées pour la Belgique. ALARO-0 a été validé à l'aide de simulations sur l'Europe, comparées aux observations réelles. Les résultats excpetionnellement concluants au niveau des précipitations et à différentes échelles, sont dus à la modélisation innovative des processus physiques dans le modèle de prévisions numériques ALARO, développé en partie par l'IRM.

 

Ces simulations jouent un rôle important dans le projet national CORDEX.be. Les simulations européennes de CORDEX y sont utilisées afin de calculer de nouvelles projections climatiques "IRM" pour la Belgique et à haute résolution de 4 km (voir figure ci-dessous, cadre vert). Les résultats pour la Belgique sont à leur tour utilisés dans des modèles d'impact local qui nous permettront, par exemple, d'étudier les effets du changement climatique sur le climat urbain, la croissance des végétaux, la hauteur des vagues en mer et la composition de l'atmosphère.

 

Trois scénarios pour les gaz à effet de serre

Afin d'étudier le changement de climat, une première simulation par modèle pour une période historique (1950-2005) a été effectuée, suivie par des projections climatiques calculées sur la période 2006-2100. Ces simulations ont été calculées pour trois scénarios différents d'émission de gaz à effet de serre. L'évolution des concentrations des gaz à effet de serre, représentés dans ces trois scénarios appelés Representative Concentration Pathways (RCP), sont décrites à la figure ci-dessous : (i) une forte augmentation (RCP 8.5, en rouge), (ii) une augmentation suivie d'une stabilisation graduelle (RCP 4.5, en bleu clair), et (iii) une augmentation suivie d'une diminution de ces concentrations d'ici la fin de ce siècle (RCP 2.6, en bleu foncé).

 

Les émissions totales de gaz à effet de serre dépassent aujourd'hui même le plus pessimiste des trois scénarios, le RCP 8.5. Lors de la dernière conférence sur le climat à Paris, 174 pays ont décidé que le réchauffement global devait rester largement en dessous de 2°C. Afin de pouvoir atteindre cet objectif, les émissions de CO2 doivent diminuer dans le monde entier.

 

Le changement climatique en Belgique

L'impact du changement climatique pour un scénario en particulier est calculé sur base de la différence obtenue entre une projection climatique et la simulation pour la période historique. Les trois prochaines figures montrent la différence pour les températures à 2 m prévues par les trois scénarios, entre les périodes 2071-2100 et 1976-2005. Le scénario le plus optimiste (RCP 2.6), ne prévoit qu’un réchauffement limité à moins de 1 °C. Le scénario le plus pessimiste (RCP 8.5) quant à lui, prévoit un réchauffement de plus de 3 °C en Belgique.

 

Le super calculateur Tier-1

Grâce à notre collaboration avec l'UGent, les simulations climatiques ont pu être effecutées sur Tier-1, le premier cluster de calcul du Vlaams Supercomputer Centrum, géré par la cellule HPC de l'UGent. Cette machine, qui peut effectuer jusqu'à 175 000 milliards de calculs par seconde, représente pour le moment la puissance de calcul la plus importante mise à notre disposition.

 

Pour obtenir ces simulations climatiques, plusieurs centaines de processeurs de ce superordinateur ont résolu en parallèle les équations mathématiques de l’atmosphère. Si il avait fallu calculer ceci sur base d’un seul processeur, pas moins de 8 siècles d’attente auraient été nécessaires afin d’obtenir ce résultat. Les simulations ont généré un total de 1 petabyte (= 1 million de gigabytes) de données, retravaillées pour ne garder "que" 200 terabytes (200 000 gigabytes) de données climatiques utilisables.