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Les nouveaux scénarios pour l’analyse des politiques
climatiques
Les SRES
Pourquoi de nouveaux scénarios? On a besoin: • De scénarios qui tiennent compte des nouvelles
évolutions socio-économiques • De scénarios avec des baseline et des scénarios de
réduction d’émission • De scénarios pertinents pour l’étude de l’adaptation et
les impacts • De scénarios qui vont au delà de 2100
On construit un produit (des scénarios), mais surtout un
processus pour organiser la recherche dans le domaine.
Les scénarios pour analyser l’adaptation et l’atténuation
The Noordwijkerhout process
5
12 months 24 months 18 months 12 month
Parallel Phase Integration Phase Publication Lag
Preparatory Phase
The Noordwijkerhout process (simplified version)
Representative Concentration Pathways
(W/m2 en 2100)
Climate simulations (RCP = input)
Socio-economic scenarios (SSPs)
(SSP & RCP sont cohérents)
Inputs for impact, adaptation and vulnerability analyses; Inputs for mitigation policy analyses.
Les « Representative Concentration Pathways » ( trajectoires de concentrations représentatives)
Forçage radiatif : changement du bilan radiatif (rayonnement
descendant moins rayonnement montant) au sommet de la troposphère (tropopause) du à un changement d’un des facteurs d’évolution du climat (comme la concentration des gaz à effet de serre).
Les “Representative Concentration Pathways” (RCPs) sont des
scénarios d’évolution du forçage radiatif sur la période 2006-2300 associés à des trajectoires d’évolution des concentrations des gaz à effet de serre.
Les « Representative Concentration Pathways » ( trajectoires de concentrations représentatives)
Elles servent de données d’entrées aux modèles climatiques.
Les RCPs sont donc peu utiles pour l’analyse des impacts et de
l’adaptation, ou pour l’analyse des politiques de réduction des émissions
Les RCPs incluent des informations sur tous les gaz à effet de serre
(y compris ceux à courte durée de vie), et des informations sur l’usage et l’occupation du sol.
Les RCPs n’incluent pas d’information sur les déterminants socio-économiques (population, croissance, etc.), ou sur la vulnérabilité des systèmes naturels.
Nom Forçage radiatif Concentration (ppm) Trajectoire
RCP8.5 >8,5Wm-2 en 2100 >1370 eq-CO2 en 2100 croissante
RCP6.0 ~6Wm-2
au niveau de stabilisation après 2100
~850 eq-CO2 au niveau de stabilisation
après 2100
Stabilisation sans
dépassement
RCP4.5 ~4,5Wm-2
au niveau de stabilisation après 2100
~660 eq-CO2 au niveau de stabilisation
après 2100
Stabilisation sans
dépassement
RCP2.6 Pic à ~3Wm-2
avant 2100 puis déclin Pic ~490 eq-CO2
avant 2100 puis déclin Pic puis déclin
Les 4 RCP (Moss et al, Nature, 2010)
Les 4 RCP (Moss et al, Nature, 2010)
Forçage radiatif (Wm-2)
Emissions (GtCO2)
Les scénarios climatiques
∂U∂t
+ 2Ω × U = .
Principes de base de la modélisation: le cas de l’atmosphère
Source: IPSL
Les modèles climatiques français
Modèle CNRM-CM5 (Météo-France-CERFACS)
Modèle IPSL-CM5 (IPSL)
Les scénarios climatiques: de l’AR4 (« Assessment Report » du GIEC de 2007)
à l’AR5 (rapport de 2013-2014)
Les modèles Complexification avec prise en compte de composantes
supplémentaires pour certains modèles (carbone couplé au climat, aérosols interactifs…).
Résolution augmentée parfois avec une augmentation du nombre de niveaux verticaux mais le plus souvent avec une augmentation du nombre de points de maillage sur l’horizontale (multipliée par 2 pour les modèles français).
Ensemble multi-modèles plus large: de 15 groupes et 23 modèles on passe à 23 groupes et un peu plus de 50 modèles (les résultats sont accessibles pour 24 modèles de 14 groupes).
Groupe Pays Modèles CAWR Australie Access
BCC Chine BCC-CSM1.1
GCESS Chine BNU-ESM
CCCMA Canada CanESM2, CanCM4, CanAM4
CCSM USA CESM1, CCSM4
RSMAS USA CCSM4(RSMAS)
CMCC Italie CMCC-CESM, CM, & CMS
CNRM/CERFACS France CNRM-CM5
CSIRO/QCCCE Australie CSIRO-Mk3.6
EC-EARTH Europe EC-EARTH
LASG, IAP Chine FGOALS- G2.0, S2.0 & gl
FIO Chine FIO-ESM
NASA/GMAO USA GEOS-5
GFDL USA GFDL-HIRAM-C360, HIRAM-C180, CM2.1, CM3, ESM2G, ESM2M
NASA/GISS USA GISS-E2-H, E2-H-CC, E2-R, E2-R-CC, E2CS-H, E2CS-R
MOHC GB HadCM3, CM3Q, GEM2-ES, GEM2-A, GEM2-CC
NMR/KMA Corée/GB HadGEM2-AO
INM Russie INM-CM4
IPSL France IPSL-CM5A-LR, CM5A-MR, CM5B
MIROC Japon MIROC5, 4m, 4h, ESM, ESM-CHEM
MPI-M Allemagne MPI-ESM- HR, LR
MRI Japon MRI-AGCM3.2H, AGCM3.2S, CGCM3, ESM1
NCC Norvège NorESM1-M, NorESM-ME, NorESM1-L
Les scénarios climatiques: de l’AR4 (« Assessment Report » du GIEC de 2007)
à l’AR5 (rapport de 2013-2014)
Les simulations Coordonnées dans le cadre du projet international CMIP (« Coupled
Model Intercomparison Project ») du Programme Mondial de Recherche sur le Climat.
La phase 5 (CMIP5) base de l’AR5 est plus ambitieuse que la phase 3 (CMIP3) base de l’AR4: plus de questions scientifiques, plus de modèles, plus de diagnostics et une documentation plus complète.
Comprennent des scénarios d’atténuation des émissions.
Comprennent des simulations d’étude de la prévisibilité décennale.
Les résultats sont immédiatement accessibles au travers d’une base de données distribuée au niveau international.
Les simulations CMIP5 centennales
Simulation de contrôle
préindustriel Simulation 20e
siècle
Simulation de scénario RCP 4.5 RCP 8.5
Moyen Holocène et
Dernier maximum glaciaire
Détection-Attribution
RCP6 RCP2.6
1. Évaluation
1. 2.
3. 2. Projections 3. Compréhension
Extension des scénarios RCP 4.5
et RCP 8.5 à 2300
Simulations Chimie et aérosols
1%CO2 4CO2
« abrupt » 1xCO2 et 4xCO2
Simulations idéalisées
Rétroactions nuageuses
Les simulations CMIP5 centennales
Simulation de contrôle préindustriel Simulation 20e siècle
Simulation de scénario RCP 8.5
Simulations idéalisées
1. Évaluation
1. 2.
3. 2. Projections 3. Compréhension
12/19/2011 19
Les nouveaux scénarios du GIEC
Forçage radiatif en W/m2
12/19/2011 20
Les nouveaux scénarios du GIEC
Température moyenne planétaire en °C
12/19/2011 21
Les nouveaux scénarios du GIEC
Température moyenne planétaire en °C
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Les nouveaux scénarios du GIEC
Température moyenne planétaire en °C
12/19/2011 23
Les nouveaux scénarios du GIEC
Température moyenne planétaire en °C
Les simulations CMIP5 décennales
Ensembles de simulations de 10ans initialisées en 1960, 1965, …, 2005
Autres Stratégies
D’initialisation
Ensembles de simulations de 30ans initialisées en
1960, 1965, …2005
Évaluation
12/19/2011 25
La prévision décennale: un thème de recherche
Hawkins et Sutton, 2009
12/19/2011 26
La prévision décennale: un thème de recherche
Hawkins et Sutton, 2009
12/19/2011 27
Les portails d’accès aux données (http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/data_portal.html)
Les scénarios climatiques: la régionalisation
Objectifs principaux:
Permet d’améliorer la représentation de la variabilité spatiale et
temporelle du climat et de son évolution, en particulier les statistiques des événements extrêmes climatiques (vagues de chaleurs, fortes pluies, sécheresses, tempêtes, cyclones, …).
Permet de faciliter les études d’impacts du changement climatique sur les différents secteurs socio-économiques (hydrologie, écosystèmes, santé, …).
La nécessité d’une descente d’échelle
Scénarios climatiques globaux 100-300km
Scénarios climatiques régionaux (statistiques ou modèles climatiques)
~ 10-50 km
Modèles d’impacts
~qq m - qq km
Quelques modèles climatiques régionaux
ARPEGE-Climat resolution 50 km
ALADIN-Climat resolution 25 km
LMDz Resolution 50 km
Les scénarios climatiques: la régionalisation
Le projet CORDEX:
Définition d’un cadre général de référence pour la communauté
climatique, suivant l’exemple de CMIP mais impliquant un effort plus limité afin d’assurer un résultat en particulier sous la contrainte du calendrier de l’AR5.
La résolution standard initiale sera de 50 km pour renforcer la faisabilité des simulations et l’implication d’une communauté plus large.
Focus initial sur un domaine couvrant l’ensemble de l’Afrique.
Simulations en première priorité: historique (1950-2005) – scénarios RCP4.5 et RCP8.5 (2006-2100).
12/19/2011 32
Le projet CORDEX
Prochaines étapes…
Les grandes étapes pour les scénarios climatiques:
31 juillet 2012: date limite pour soumettre des publications scientifiques
sur les scénarios climatiques analysés dans l’AR5 (si acceptées pour publication avant le 15 mars 2013).
Mi-2012: ouverture de la base de données DRIAS de scénarios climatiques régionalisés sur la France dont les scénarios du projet ANR-SCAMPEI (http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/) qui seront aussi publiés début 2012 dans un supplément du rapport de la “mission Jouzel” (mais basés sur les scénarios B1, A1B et A2 de l’AR4).
Scénarios climatiques : indices sur la France métropolitaine (janvier 2011)
http://www.developpement-durable.gouv.fr/Les-scenarios-climatiques-de.html
Prochaines étapes…
Les grandes étapes pour les scénarios climatiques:
31 juillet 2012: date limite pour soumettre des publications scientifiques
sur les scénarios climatiques analysés dans l’AR5 (si acceptées pour publication avant le 15 mars 2013).
Mi-2012: ouverture de la base de données DRIAS de scénarios climatiques régionalisés sur la France dont les scénarios du projet ANR-SCAMPEI (http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/) qui seront aussi publiés début 2012 dans un supplément du rapport de la “mission Jouzel” (mais basés sur les scénarios B1, A1B et A2 de l’AR4).
2012-2013: scénarios régionalisés CORDEX et scénarios pour la France basés sur les RCPs (RCP8.5 et RCP4.5).
Mi-septembre 2013: publication du rapport du WGI du GIEC (premier volet de l’AR5)
Les scénarios climatiques: conclusions
Les nouveaux scénarios RCPs permettent d’évaluer à l’échelle internationale l’impact climatique de scénarios d’atténuation des émissions de gaz à effet de serre.
Trois de ces scénarios ayant des forçages radiatifs comparables à ceux de scénarios de l’AR4, l’incertitude sur les projections climatiques sera sensiblement la même pour ces scénarios, comme le suggèrent les premiers résultats des simulations climatiques réalisées avec les modèles français.
Les études d’impact et d’adaptation au changement climatique nécessitent aussi la réalisation de scénarios climatiques régionalisés. Ceux-ci, intégrant les RCP, ne seront disponibles pour la plupart qu’en 2013. Par contre il est et sera possible d’accéder à de nouveaux ensembles de scénarios régionaux sur la France basés sur les scénarios de l’AR4 via deux portails d’accès (MEDDTL/ONERC et DRIAS).
Les scénarios socio-économiques
“Framework paper” disponible en ligne sur: http://www.isp.ucar.edu/socio-economic-pathways
Les scénarios pour analyser l’adaptation et l’atténuation
L’architecture “en matrice”
Permet de comparer les conséquences du même changement climatique dans différents scénarios
socio-économiques
Permet de comparer le coût de politiques de réduction des émissions qui atteignent la même cible, dans
différents scénarios socio-économiques
Shared Policy Assumption
Shared Policy Assumption
Référence SSP1
Référence SSP3
Les coûts de l’atténuation
Le coût de l’adaptation et les impacts résiduels
Des scénarios pour explorer l’incertitude sur les coûts d’atténuation et les impacts du CC
Couvrir les différents futurs possibles pour explorer l’incertitude
Différentes approches pour créer des SSPs
Les SSPs, d’après la réunion de Boulder (Nov 2-4, 2011)
Couvrir les différents futurs possibles pour explorer l’incertitude
SSP1
• Haute capacité d’adaptation, Haute capacité d’atténuation
• Le monde est caractérisé par la coopération internationale, et le développement durable est une priorité
• Monde fortement régulé, orienté vers l’environnement et le développement.
SSP2
• Capacité d’adaptation moyenne, capacité d’atténuation moyenne
• Un monde caractérisé par la continuation des tendances actuelles
• Nombreuses vues contradictoires sur les déterminants de ce scénario
• Plusieurs SSP2???
SSP3
• Faible capacité d’adaptation, faible capacité d’atténuation
• Un monde caractérisé par la compétition entre pays, et par une croissance économique lente.
• Politiques orientées vers la sécurité, barrières commerciales, peu d’efforts pour protéger l’environnement.
SSP4 • Faible capacité d’adaptation, Haute capacité
d’atténuation
• Monde très inégal, à l’intérieur et entre les pays.
• Une petite élite mondiale est responsable de l’essentiel des émissions de GES.
• La plus grande partie de la population reste pauvre et vulnérable au changement climatique.
• Governance et mondialisation sont efficaces, mais contrôlées par les élites, et à leur service.
SSP5
• Haute capacité d’adaptation, Faible capacité d’atténuation
• Développement “conventionnel”, orienté vers la croissance économique et les MDGs.
• La préférence pour une croissance rapide conduit à une forte dépendance aux carburants fossiles.
• La croissance permet d’atteindre des MDGs et de fournir les services nécessaires aux populations des pays en voie de développement.
Sur le long terme: une proposition d’approche
systématique Une proposition conjointe CIRED (Céline Guivarch,
Julie Rozenberg), RAND Corporation (Robert Lempert), NCAR (Brian O’Neill), et Banque
Mondiale (Stéphane Hallegatte)
Une méthode pour créer des scénarios
Phase 1
Economic structure
Technologies
Governance efficiency
Urbanization
Labor markets
Consumption behaviors
Use of natural resource
Availability of fossil energy
Social protection
Industrial and commercial
policies
Extreme poverty reduction
Capital markets
Equity (inclusive growth vs. growth-and-poverty)
Environmental stress (environmentally-stressed vs. environmentally-friendly)
Globalization(convergence vs. fragmented)
Carbon dependence (high vs. low dependence)
Population
Phase 2
192 scenarios avec ImaclimR
Phase 3
Les scénarios pertinents dépendent de la décision à prendre
PIB par tête des 20% les plus pauvres dans les pays en développement
Pert
es d
e PI
B po
ur st
abili
ser l
a co
ncen
trat
ion
à 55
0ppm
192 scénarios & 2 indicateurs
192 scénarios & 2 indicateurs
Proposition de SSPs
Proposition de SSPs
Une proposition de projet international
– Création d’une base de donnée de scénarios multi-modèles;
– Démonstration de l’usage des scénarios globaux pour construire des scénarios locaux;
– Création d’un outil de sélection de scénarios globaux pertinents pour une décision donnée.
– Sélection de la prochaine génération de SSP
• Actuellement en recherche de financement…
Des scénarios globaux aux scénarios locaux
Prochaines étapes…
IPCC deadlines
Un scénario pour un réchauffement de 2°? (ENSEMBLES, 2009)
Concentrations de CO2 (ppm-eq) Emissions de carbone (GtC-eq)
Un scénario pour un réchauffement de 2°? (ENSEMBLES, 2009)
Changement de température moyenne planétaire (en °C) Entre 1860 et 2100 par rapport à 1861-1890, scénarios A1B et E1
12/19/2011 77
Emissions nettes de CO2 pour limiter le réchauffement moyen de la planète à 2° (ENSEMBLES, 2009)
Le défi des 2C…
Guivarch et Hallegatte (2011)