VARIABILITÉ INTER-ANNUELLE À DÉCENNALE ET RÉPONSE AUX FORÇAGES ANTHROPIQUES

Caractérisation du SMUS et son évolution future dans les mod`eles de climat

Introduction générale sur le changement climatique

 Depuis ses origines, notre plan`ete a connu de nombreux changements de climat. Des périodes glaci`eres par exemple ont alterné avec des périodes plus chaudes. Ces changements du climat peuvent ˆetre dˆus à des processus internes naturels, intrins`eques au syst`eme climatique ou à des for¸cages externes, qui modifient le bilan radiatif à la surface de la terre. La principale source d’énergie du syst`eme climatique provient du rayonnement solaire. Un peu moins de la moitié du rayonnement re¸cu au sommet de l’atmopsh`ere parvient à la surface de la terre, le reste étant soit réfléchi vers l’espace, soit piégé dans l’atmosph`ere (Fig.3.1). Ainsi réchau↵ée, la surface émet un rayonnement infrarouge avec une partie 67 Chapitre 3: Caractérisation du SMUS et son évolution futur dans les mod`eles de climat Figure 3.1: Bilan énergétique moyen pour la période de mars 2000 à mai 2004 (en W/m2) de la terre. Les larges fl`eches indiquent le flux schématique de l’énergie en proportion de leur importance (Trenberth et al., 2009) libérée dans l’espace et le reste absorbé par les gaz à e↵et de serre: GES (dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d’azote et ozone) qui sont naturellement présents dans l’atmosph`ere depuis toujours et jouent le rˆole de régulateur pour notre plan`ete. A son tour, l’atmosph`ere se réchau↵e et émet un rayonnement infrarouge, d’une part vers l’espace et d’autre part vers la surface de la terre qui, à ce stade, a re¸cu plus de chaleur qu’elle n’en a dégagée. A l’équilibre, cet exc`es de chaleur est compensé par des pertes ` liées à l’évapotranspiration de l’eau de surface (flux de chaleur latente) et des flux turbulents de chaleur sensible. Du bilan entre l’ensemble de ces flux résulte la température moyenne globale à la surface de la terre d’une valeur de 15

Réponse des upwellings cˆotiers au changement climatique 

Les upwellings cˆotiers ont lieu sous l’e↵et des vents favorables et parall`eles à la cˆote, stimulés par les forts gradients zonaux de la pression au niveau – 72 – Chapitre 3: Caractérisation du SMUS et son évolution futur dans les mod`eles de climat Figure 3.3: (a): Evolution projetée de la température en surface pour la fin du 21 ´ e si`ecle [2080-2099] par rapport à la période [1980-1999], selon les projections moyennes obtenues avec plusieurs mod`eles de climat de la base CMIP3 (Source: GIEC 2007). (b): Représentation schématique du mécanisme d’intensification d’un upwelling cˆotier. Les fl`eches orange représentent les vents parall`eles à la cˆote et leur intensité au présent et au futur est illustrée par la taille de la fl`eche. Les fl`eches en bleu décrivent le transport d’Ekman à la cˆote avec son intensification dans le futur illustré par la grande fl`eche (Bakun et al., 2010) de la mer (SLP: Sea Level Pressure). Les di↵érences de température de l’air (Tas) entre l’océan relativement froid et les continents relativement chauds pendant l’été contribuent au développement des gradients de SLP dans les di↵érents EBUSs (Californie, Canary, Humboldt et Benguela) (Huyer, 1983); (Seager et al., 2003). Cette description conceptuelle du processus d’upwelling a poussé (Bakun, 1990), à suggéré une intensification de l’upwelling cˆotier en réponse au réchau↵ement climatique. Plus précisément, (Bakun, 1990) note que le changement climatique anthropique entrainera une augmentation des Tas plus importante sur les masses continentales que sur les océans adjacents (Manabe et al., 1991). Cette situation induit un renforcement des syst`emes de basse pression thermiques sur les continents entrainant une intensification des gradients de pression terre-mer et par conséquent une augmentation en été des vents favorables à – 73 – Chapitre 3: Caractérisation du SMUS dans les CMIP5 et son évolution dans le futur l’upwelling d’o`u enfin une intensification de la divergence cˆoti`ere (Fig.3.3.b). Ce mécanisme appliquable à priori à n’importe quel syst`eme d’upwelling a fait l’objet d’un certain nombre d’études sur les EBUSs. Certaines études (Narayan et al., 2010); (McGregor et al., 2007) basées sur cette hypoth`ese soutiennent les résulats de (Bakun, 1990) alors d’autres sugg`erent au contraire une diminution de l’intensité de l’upwelling etudié (G´omez-Gesteira et al., 2008); (Pardo et al., 2011); (Santos et al., 2012). Quoiqu’il en soit, le syst`eme d’upwelling hivernal du Sénégal et de la Mauritanie est en général exclu de ces études. Dans la suite de ce chapitre, nous allons nous concentrer sur les conséquences du changement climatique pour l’upwelling cˆotier sénégalo-mauritanien. 

Caractérisation du syst`eme d’upwelling sénégalo-mauritanien dans les CMIP5 et son évolution dans le futur (Article publié dans Climate Dynamics) 

L’objectif de cette partie est de caractériser le SMUS dans les mod`eles de climat et d’étudier sa réponse à l’augmentation des gaz à e↵et de serre à la fin du si`ecle. Pour cela, nous utiliserons une caractérisation basée sur plusieurs crit`eres dynamiques et de signature thermique de l’upwelling: intensité du cycle saisonnier de la SST qui décrit le caract`ere saisonnier du – 74 – Chapitre 3: Caractérisation du SMUS dans les CMIP5 et son évolution dans le futur SMUS comparé aux autres latitudes du syst`eme des Canaries, le gradient de la SST entre le large et la cˆote, l’intensité du transport d’Ekman qui quantifie le flux d’eau déplacé vers le large et enfin le pompage d’Ekman qui est un transport vertical au large dˆu au rotationnel du vent (voir article pour les équations et plus de détails sur ces indices). Ces crit`eres sont définis à l’échelle de temps saisonni`ere avec une moyenne climatologique de 21 années sur la période historique 1985-2005. Les indices calculés à partir des sorties de mod`eles seront comparés avec des données d’observations et réanalyses océaniques. Nous nous intéressons également à l’estimation indirecte du transport dans le SMUS par le biais de la contribution des processus d’Ekman et du flux géostrophique (qui a un e↵et opposé à l’upwelling avec un transport vers la cˆote). Cette estimation sera comparée avec les vitesses verticales directement obtenues dans ces mod`eles. L’évolution future du SMUS avec le scénario RCP8.5 à l’horizon 2080-2100 est quantifiée par le pourcentage de changement de ces indices par rapport à la période historique. La moyenne multi-mod`eles (MMM) correspond à la moyenne des pourcentages de changement de chaque simulation. La significativité statistique du changement projeté est définie par rapport à l’écart inter-mod`eles et est considérée comme robuste lorsque le changement de MMM dépasse cette écart type à 95% du niveau de confiance selon le test de student (section 2.3, chap:2). L’upwelling cˆotier n’est pas seulement associé à l’e↵et du vent et sa   ne peut ˆetre basée uniquement sur les variables de surface (SST et tension du vent). La stratification océanique joue un rˆole important sur la réponse de l’upwelling au for¸cage par le vent ainsi que dans les processus biogéochimiques. On sait que sous l’e↵et de l’augmentation des gaz à e↵et de serre, les eaux à la surface de l’océan se réchau↵ent et ceci contribue à isoler davantage les eaux de fond et à limiter la remontée de ces eaux en surface. Il est donc important de savoir comment le changement climatique a↵ectera la stratification des océans dans la région du SMUS. Pour cela nous avons dans un premier temps observé la représentation de la structure verticale des températures des mod`eles CMIP5 qui seront comparées aux observations et réanalyses sur la période historique. L’évolution de la stratification océanique dans le futur est évaluée avec le pourcentage de changement de la pente de la thermocline (voir section 3.4). Dans ce chapitre nous reprenons aussi l’hypoth`ese de (Bakun, 1990) appliquée dans la région du SMUS. La fin de ce chapitre s’intéressera à l’étude de l’évolution future de la durée du SMUS et la ré-examination de notre évaluation de la réponse du SMUS au changement climatique dans la base de données CMIP6, plus précisément dans les mod`eles fran¸cais de l’IPSL et CNRM qui sont récemment disponibles.