Modélisation climatique
La simulation numérique du système climatique, des colonnes radiatives-convectives aux modèles couplés du système Terre, utilisée pour comprendre le climat et projeter son avenir.
Definition
La modélisation climatique est la représentation du système climatique par des équations mathématiques résolues numériquement sur des ordinateurs, allant des modèles idéalisés qui isolent des processus uniques aux modèles couplés du système Terre qui simulent l'ensemble du système et projettent son avenir.
Scope
Ce domaine couvre la construction, l'utilisation et l'évaluation des modèles climatiques numériques. Il aborde la hiérarchie des modèles, des formulations simples d'équilibre énergétique et radiatives-convectives aux modèles de circulation générale et du système Terre complets, la paramétrisation des processus non résolus, les scénarios d'émissions qui pilotent les projections, la désagrégation (downscaling) des sorties à grande échelle vers des échelles régionales, ainsi que l'évaluation systématique et l'intercomparaison des modèles par rapport aux observations.
Sub-topics
Core questions
- Comment les lois physiques régissant le climat sont-elles transformées en un modèle numérique résoluble ?
- Comment les processus trop petits pour être résolus sont-ils représentés par la paramétrisation ?
- Comment les scénarios d'émissions sont-ils utilisés pour projeter le climat futur ?
- Comment les modèles sont-ils évalués et leurs incertitudes caractérisées ?
Key theories
- Hiérarchie des modèles climatiques
- Les modèles s'étendent sur une hiérarchie allant des formulations simples d'équilibre énergétique et radiatives-convectives qui favorisent la compréhension aux modèles couplés complets qui simulent l'ensemble du système, chacun étant adapté à différentes questions.
- Paramétrisation des processus sous-maille
- Les processus plus petits que la maille du modèle, tels que les nuages, la convection et la turbulence, sont représentés par des paramétrisations dont la formulation affecte fortement le comportement du modèle et constitue une source clé d'incertitude.
Mechanisms
Les modèles climatiques divisent l'atmosphère, l'océan et la terre en une grille tridimensionnelle et intègrent les équations de mouvement, de thermodynamique et de rayonnement dans le temps, en couplant les composants afin qu'ils échangent de l'énergie, de l'eau et de la quantité de mouvement. Les processus plus fins que la grille sont paramétrés ; les modèles sont pilotés par des forçages prescrits ou des scénarios d'émissions, évalués par rapport aux observations et aux données historiques, et comparés dans des projets d'intercomparaison coordonnés pour évaluer leur robustesse et leur dispersion.
Clinical relevance
Les modèles climatiques sont les principaux outils pour projeter le climat futur sous différents scénarios d'émissions et pour attribuer les changements observés, ce qui en fait le fondement scientifique de la politique climatique, de la planification de l'adaptation et de l'évaluation des risques.
Evidence & guidelines
Le sixième rapport d'évaluation du GIEC s'appuie fortement sur des intercomparaisons de modèles coordonnées pour projeter les changements futurs, estime que les modèles reproduisent de nombreuses caractéristiques du climat observé et utilise des contraintes observationnelles pour réduire les plages projetées.
History
La modélisation climatique est née des premières prévisions météorologiques numériques et du modèle radiatif-convectif de Manabe et Wetherald de 1967, s'étendant dans les années 1970 et 1980 aux modèles couplés de circulation générale atmosphère-océan et, plus récemment, aux modèles du système Terre qui incluent le cycle du carbone et la biogéochimie.
Debates
- Traitement des nuages et dispersion des modèles
- Les différences dans la manière dont les modèles paramétrisent les nuages et la convection sont à l'origine d'une grande partie de la dispersion de leur sensibilité climatique et de leurs projections, ce qui soulève un débat sur la meilleure façon de la contraindre et de la réduire.
Key figures
- Syukuro Manabe
- Warren Washington
- Ann Henderson-Sellers
- Klaus Hasselmann
Related topics
Seminal works
- manabewetherald1967
- mcguffie2014
Frequently asked questions
- Comment fonctionne un modèle climatique ?
- Il divise la Terre en une grille et fait progresser les équations physiques de l'atmosphère, de l'océan et de la terre dans le temps, en représentant les processus à petite échelle tels que les nuages par des paramétrisations.
- Peut-on faire confiance aux modèles climatiques ?
- Ils reproduisent de nombreuses caractéristiques observées du climat passé et présent et s'accordent sur la réponse générale aux gaz à effet de serre, bien que des incertitudes subsistent, notamment concernant les nuages et les détails régionaux.