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Documentation technique : indice de précipitations et d’évapotranspiration normalisé

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Présentation générale

L’indice de précipitations et d’évapotranspiration normalisé (IPEN) se calcule au moyen de projections des modèles du climat mondial, d’après la phase 5 du Projet d’intercomparaison des modèles couplés (CMIP5). L’IPEN est un indice multiéchelle fréquemment utilisé pour quantifier la sécheresse et est basé sur le bilan hydrique climatique. Contrairement à certains indices de sécheresse climatologique existants, l’IPEN intègre plusieurs facteurs climatologiques, dont les précipitations et la température, ce qui est nécessaire si on veut évaluer l’influence des changements climatiques sur la sécheresse (Vicente-Serrano, Begueria et Lopez-Moreno, 2010Footnote 1).

Des ensembles de données multimodèles de l’IPEN pour simulations historiques et trois scénarios d’émissions, RCP 2,6, RCP 4,5 et RCP 8,5, sont offerts dans une grille de 1 degré × 1 degré. Les ensembles multimodèles et les données de l’IPEN obtenues pour chaque modèle peuvent être téléchargés.

L’IPEN projeté à l’aide de la méthode décrite ici doit être interprété comme une mesure relative de l’excédent (valeurs positives) ou du déficit (valeurs négatives) pour les eaux de surface par rapport aux conditions hydroclimatiques de la période de référence. L’IPEN d’un site donne autrement dit le nombre d’écarts-types par lesquels les précipitations et l’évapotranspiration potentielle transformées s’écartent des valeurs moyennes par rapport à la période de référence.

Les projections peuvent varier d’un modèle climatique à l’autre en raison des différences dans la façon de représenter les processus du système terrestre. Toutefois, il a été démontré dans la littérature scientifique récente que l’utilisation d’une méthode faisant intervenir des ensembles multimodèles permettrait vraisemblablement d’obtenir de meilleurs résultats en matière de projection des changements climatiques.

Consultez Tam et coll. (2018)Footnote 2 pour en savoir plus sur le calcul et l’analyse de l’IPEN.

Tableau 1. Caractéristiques principales

Échelles de temps de l’IPEN IPEN-1
IPEN-3
IPEN-12
Région géographique Canada (terres émergées seulement)
Résolution spatiale Grille à une résolution de 1 degré × 1 degré
Période 1900 à 2100
Résolution temporelle Au mois
Scénario d’émissions RCP2,6
RCP4,5
RCP8,5

Données et traitement

Données multimodèles

Un ensemble de 29 modèles a servi à l’analyse de l’IPEN afin de quantifier l’incertitude des projections.

Correction des biais et représentation des données

L’algorithme de correction de biais multivariée, qui corrige les distributions marginales, et la structure de dépendance par corrélation de Pearson ont été appliqués à toutes les données du modèle de climat mondial (température et précipitations minimales et maximales) avant le calcul de l’IPEN (Cannon, 2016Footnote 3).

La grille de données mensuelles sur les températures et les précipitations minimales et maximales (la grille de données canadiennes ou CANGRD), un ensemble de données climatiques sous forme de grille obtenues par interpolation des données climatiques canadiennes ajustées et homogénéisées (Vincent et coll., 2015Footnote 4), a été utilisée pour représenter les données de la période de référence 1950-2005.

La correction des biais a été appliquée à l’ensemble de la période d’étude de chaque simulation de climat mondial (1900-2100).

Paramètres et étalonnage de l’IPEN

Estimation de l’évapotranspiration potentielle
La méthode Hargreaves modifiée a été utilisée pour calculer l’évapotranspiration potentielle. La méthode Hargreaves d’origine a été modifiée par Droogers et Allen (2002)Footnote 5 qui y ont inclus une variable de précipitations et fait en sorte que seules les données mensuelles sont requises. Droogers et Allen (2002)Footnote 5 ont constaté que les résultats issus de la méthode modifiée étaient comparables à ceux obtenus par la formule de Penman-Monteith. Voir Droogers et Allen (2002)Footnote 5 pour en savoir plus.

Paramètres de distribution log-logistique
La fonction de distribution log-logistique a été choisie pour les valeurs de précipitations et d’évapotranspiration potentielle. Pour estimer les paramètres de la distribution, la méthode non biaisée des moments de probabilité pondérés a été utilisée.

Comme les simulations historiques du CMIP5 se terminent en 2005, la période de référence 1950-2005 a été retenue pour l’ajustement du modèle log-logistique et l’estimation des paramètres. Ces paramètres ont ensuite été appliqués à la série chronologique complète (1900-2100).

Échelles de temps de l’IPEN
L’IPEN a été calculé pour des périodes de 1, 3 et 12 mois (aussi appelées IPEN-1, IPEN-3 et IPEN-12, respectivement). L’IPEN-3 correspond à l’IPEN d’un mois et des deux mois qui le précèdent tandis que l’IPEN-12 correspond à l’IPEN d’un mois et des 11 mois qui le précèdent. L’occurrence de sécheresses pluriannuelles peut être déduite des résultats de l’IPEN-12.

Pour l’IPEN-3 et l’IPEN-12, un noyau rectangulaire non décalé (pondération égale pour les intervalles de temps n précédents) a été appliqué.

Pondération égale des modèles

Les différents modèles CMIP5 utilisés pour les projections sont tous considérés comme donnant des projections également probables au sens de « un modèle, une voix ». Les modèles présentant des variations dans les schémas de paramétrage physique sont traités comme des modèles distincts.

Plage de modèles par l’utilisation de centiles d’ensemble

Comme les projections locales des changements climatiques sont incertaines, une mesure de la plage des projections des modèles est fournie (c.-à-d. 25e et 75e centiles), en plus de la réponse médiane (50e centile) de l’ensemble des modèles interpolés à une grille commune de 1 degré × 1 degré. Cliquez ici pour en savoir plus sur la gestion de l’incertitude dans les projections climatiques.

Il convient de souligner une fois de plus que cette fourchette ne représente pas la totalité de l’incertitude des projections. La distribution combine les effets de la variabilité naturelle et de la dispersion des modèles.

Pratique exemplaire

Étant donné la grande variabilité naturelle du climat et les incertitudes en ce qui concerne les voies d’émissions et les réponses climatiques aux gaz à effet de serre, l’IPEN projeté par un seul modèle climatique ne devrait pas être utilisé de façon isolée. Une bonne pratique consiste plutôt à prendre en compte une gamme de projections tirées de plusieurs modèles climatiques (ensembles) et scénarios d’émissions.

Bien que les probabilités ne soient pas associées à des scénarios particuliers de changements climatiques, l’utilisation d’une plage de scénarios peut donner aux utilisateurs une idée de la dispersion potentielle selon diverses voies d’émissions possibles.

Interprétation des résultats de l’IPEN

Sont présentés ici les changements projetés de l’IPEN au Canada selon divers scénarios de forçage. Les résultats de l’IPEN doivent être interprétés comme une mesure relative de l’excédent ou du déficit pour les eaux de surface par rapport aux conditions hydroclimatiques de la période de référence, 1950-2005. Ainsi, les résultats du déficit en eau de surface peuvent être interprétés comme une sécheresse ou, en d’autres termes, comme un indicateur des conditions de sécheresse. En outre, l’IPEN d’un site donne le nombre d’écarts-types par lesquels les précipitations et l’évapotranspiration potentielle transformées s’écartent des valeurs moyennes évaluées pour la période de référence. Comme l’IPEN est un indice normalisé, une valeur de zéro n’indiquerait aucun changement par rapport aux valeurs historiques. Les résultats présentés ici visent à faciliter les analyses de la sécheresse en fonction des changements relatifs de l’IPEN par rapport aux conditions observées.

Aussi, une série d’indices de sécheresse ont été mis au point au fil des ans pour comprendre la sécheresse climatologique, des indices qui se différencient les uns des autres sur le plan de la méthodologie théorique, d’application et de formule. L’IPEN est l’un des nombreux indices permettant de quantifier la sécheresse. Chaque indice a ses propres utilités; le choix d’un indice pour quantifier la sécheresse dépend donc du contexte ou de l’application ainsi que des données connues. L’indice de précipitations et d’évapotranspiration normalisé (SPEI) est une mesure raisonnable des conditions météorologiques ou climatologiques de sécheresse, mais il convient de noter que l'indice peut ne pas être adéquat pour mesurer la disponibilité des eaux de surface dans les régions froides, y compris dans la plupart des régions du Canada. En effet, les formules des indices mentionnés plus haut ne tiennent pas compte de la neige et des glaciers, qui jouent un rôle essentiel dans l’apport en eaux de surface et la disponibilité de ces eaux dans ces régions.

Limite d’utilisation

Les ensembles multimodèles disponibles sur les sites Web d’Environnement et Changement climatique Canada sont fournis en vertu de la Licence du gouvernement ouvert – Canada.

En plus de ces conditions, les ensembles de données modèles sont assujettis aux conditions d’utilisation (en anglais seulement) de l’organisation dont ils émanent.

Coordonnées

Courriel : ec.ccds.info-info.dscc.ec@canada.ca

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