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Scénarios climatiques mis à l’échelle statistique et indices des modèles climatiques mondiaux du CMIP6

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Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) a pour mandat de fournir aux Canadiens de l’information sur les changements climatiques passés et futurs pour les évaluations des impacts climatiques, la planification de l’adaptation et l’élaboration de politiques d’atténuation. Il y a une demande croissante au Canada et à l’échelle internationale pour que les projections du modèle climatique mondial (MCM) soient réduites à une résolution spatiale élevée. La Division de la recherche climatique (DRC) d’ECCC et le Pacific Climate Impacts Consortium (PCIC) ont déjà produit des scénarios mis à l’échelle statistique et fondés sur des simulations de modèles climatiques qui faisaient partie de la phase 5 du Projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP5) en 2015. Ces scénarios sont largement utilisés et sont mentionnés dans le Rapport sur le climat changeant du Canada.Reference1 Les scénarios mis à l’échelle statistique des modèles du CMIP5 sont disponibles sur le Web Données et scénarios climatiques canadiens d’ECCC et sur le portail de données des scénarios sur les changements climatiques du PCIC .

EECCC et le PCIC ont maintenant actualisé les scénarios mis à l’échelle statistique d’après les simulations du CMIP5 avec un nouvel ensemble de scénarios à échelle réduite fondés sur la prochaine génération de projections climatiques de la phase 6 du Projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP6). Les projections climatiques du CMIP6 sont fondées à la fois sur des modèles climatiques mondiaux actualisés et sur de nouveaux scénarios d’émissions appelés « trajectoires socioéconomiques partagées » (SSP, pour « Shared Socioeconomic Pathways »).Reference7 Des ensembles de données mis à l’échelle statistique ont été produits à l’aide de 26 MCM du CMIP6 (tableau 2) selon trois scénarios d’émissions différents (c.-à-d. SSP1-2.6, SSP2-4.5 et SSP5-8.5) utilisant la même méthode de mise à l’échelle statistique (BCCAQv2)Reference2Reference9 et les mêmes données cibles de réduction d’échelle (NRCANmet)Reference6 que les scénarios mis à l’échelle statistique du CMIP5. Les températures maximales et minimales quotidiennes et les précipitations quotidiennes à échelle réduite sont disponibles partout au Canada à une résolution spatiale de grille de 10 km pour la période antérieure 1950 2014 et la période 2015 2100 suivant chacun des trois scénarios d’émissions.


Tableau 1. Caractéristiques principales.

Nom de l’ensemble de données

CanDCS-U6 : Scénarios climatiques canadiens à échelle réduite – Méthode à une variable du CMIP6

Canadian Downscaled Climate Scenarios–Univariate method from CMIP6 »)

Variables et unité

Température maximale quotidienne (°C)

Température minimale quotidienne (°C)

Précipitations quotidiennes (mm)

Région géographique

Canada

Résolution spatiale

Résolution de grille de 1/12° (10km)

Période

1950 à 2100

Émissions antérieures : 1950-2014

Scénarios d’émissions futures : 2015-2100

Scénarios d’émissions futures

SSP1-2.6

SSP2-4.5

SSP5-8.5

Indices climatiques

31 indices climatiques (Tableau 3)

Méthode de réduction d’échelle et données

L’utilisation appropriée de données mises à l’échelle statistique exige une compréhension de base de la façon dont les modèles climatiques simulent le système climatique et dont les résultats des modèles climatiques sont combinés à des observations historiques pour créer des scénarios climatiques à échelle réduite. Des incertitudes sont présentes à chaque étape de la modélisation climatique et de la chaîne de réduction d’échelle, et il est recommandé que les utilisateurs se familiarisent avec les principes de base de la modélisation climatique et de la réduction d’échelle avant d’utiliser ces données.Reference3

Des ensembles de modèles multiples mis à l’échelle statistique ont été construits à l’aide des résultats de 26 MCM du CMIP6 disponibles sur les nœuds de données de la Earth System Grid Federation (ESGF), de 10 membres conditionnels initiaux du modèle CanESM5 produits par le Centre canadien de la modélisation et de l’analyse climatiqueReference8 et d’un essai de chacun de 25 autres modèles du CMIP6 (tableau 2).

La méthode des analogues avec correction de biais et cartographie des quantiles (BCCAQ) est un algorithme hybride de réduction d’échelle qui combine la réduction d’échelle à l’aide de la méthode BCCA (analogues avec correction de biais) et la cartographie des quantiles.Reference5 En raison de l’utilisation de la cartographie des différences par quantilesReference2, mode de cartographie des quantiles qui préserve les changements, l’algorithme BCCAQV2 est différent de la version précédente. Des détails sont fournis par Werner et Cannon (2016).Reference9 Le code qui applique la méthode BCCAQv2 figure également dans le référentiel Comprehensive R Archive Network (CRAN) à l’aide de l’ensemble R « ClimDown ».Reference4

La température minimale quotidienne (°C), la température maximale quotidienne (°C), et les précipitations quotidiennes (mm/jour) des 26 MCM du CMIP6 ont été réduites à l’aide de l’algorithme BCCAQv2. L’ensemble de données historiques maillées de 1/12° (~10 km) de RNCan sur la température minimale quotidienne, la température maximale quotidienne et les précipitations quotidiennes du CanadaReference6 a été utilisé comme « cibles » de réduction d’échelle (données de formation utilisées pour étalonner l’algorithme BCCAQV2) afin que la production historique du modèle climatique à échelle réduite ait des caractéristiques statistiques qui ressemblent le plus possible à celles de NRCANmet au cours de la période 1951-2010. Une fois étalonné en fonction d’un modèle et d’une variable climatiques donnés pour la période de référence historique 1951 2010, l’algorithme BCCAQv2 est appliqué aux simulations climatiques de cette variable pour le modèle sélectionné dans le cadre de trois scénarios d’émissions (SSP1-2.6, SSP2-4.5 et SSP5-8.5). Ce processus est répété séparément pour chaque variable et modèle, d’où son nom de « schéma de réduction d’échelle à une variable ».


Tableau 2. Liste des modèles climatiques mondiaux (MCM) du CMIP6 utilisés dans les ensembles à plusieurs modèles mis à l’échelle statistique.

Établissement Nom du modèle Réalisation
CSIRO-ARCCSS (Australie) ACCESS-CM2 r1i1p1f1
CSIRO (Australie) ACCESS-ESM1-5 r1i1p1f1
Beijing Climate Center (Chine) BCC-CSM2-MR r1i1p1f1
Centre canadien de la modélisation et de l’analyse climatique (Canada) CanESM5 r1i1p2f1 ~ r10i1p2f1
Centre euro-méditerranéen sur le changement climatique (Italie) CMCC-ESM2 r1i1p1f1
CNRM-CERFACS (France) CNRM-CM6-1 r1i1p1f2
CNRM-CERFACS (France) CNRM-ESM2-1 r1i1p1f2
EC-Earth-Consortium (Europe) EC-Earth3 r4i1p1f1
EC-Earth-Consortium (Europe) EC-Earth3-Veg r1i1p1f1
Institut de physique atmosphérique (Chine) FGOALS-g3 r1i1p1f1
NOAA-Geophys. Fluid Dyn. Lab (É.-U.) GFDL-ESM4 r1i1p1f1
Met Office Hadley Centre et NERC (R.-U.) HadGEM3-GC31-LL r1i1p1f3
Institute for Numerical Mathematics (Russie) INM-CM4-8 r1i1p1f1
Institute for Numerical Mathematics (Russie) INM-CM5-0 r1i1p1f1
Institut Pierre-Simon Laplace (France) IPSL-CM6A-LR r1i1p1f1
National Institute of Meteo. Sciences and Korea Meteo. Administration (Corée) KACE-1-0-G r2i1p1f1
Korea Institute of Ocean Science and Technology (Corée) KIOST-ESM r1i1p1f1
Université de Tokyo JAMSTEC, NIES, et AORI (Japon) MIROC6 r1i1p1f1
Université de Tokyo JAMSTEC, NIES, et AORI (Japon) MIROC-ES2L r1i1p1f2
Max Planck Institute for Meteo. (Allemagne) MPI-ESM1-2-HR r1i1p1f1
Max Planck Institute for Meteo. (Allemagne) MPI-ESM1-2-LR r1i1p1f1
Meteorological Research Institute (Japon) MRI-ESM2-0 r1i1p1f1
Norwegian Climate Center (Norvège) NorESM2-LM r1i1p1f1
Norwegian Climate Center (Norvège) NorESM2-MM r1i1p1f1
Research Center for Env. Changes (Taiwan) TaiESM1 r1i1p1f1
Met Office Hadley Centre et NERC (R. U.) UKESM1-0-LL r1i1p1f2

Indices climatiques

Pour chaque MCM à échelle réduite, 31 indices climatiques ont été calculés (tableau 3).Les indices climatiques comprennent 27 indices de Climdex établis par le Groupe d’experts sur la détection et les indices d’extrêmes climatiques (ETCCDI)Reference10 et 4 autres indices légèrement modifiés par rapport aux indices de Climdex. Ces indices sont calculés à partir des précipitations et des températures quotidiennes obtenues à partir des simulations à échelle réduite et sont obtenus à une résolution temporelle annuelle ou mensuelle, selon les indices.


Tableau 3. Liste de 31 indices climatiques (27 indices recommandés par l’ETCCDI et de 4 autres indices pris en compte dans ce projet [en caractères gras]).

Numéro Étiquette Nom de l’indice Unité
1 FD Nombre de jours de gel jours
2 SU Nombre de jours d’été (> 25 °C) jours
3 SU30 Nombre de jours d’été (> 30 °C) jours
4 ID Nombre de jours de givre jours
5 TR Nombre de nuits tropicales jours
6 GSL Durée de la saison croissance jours
7 TXx Valeur maximale mensuelle de la température journalière maximale (TX) °C
8 TNx Valeur maximale mensuelle de la température journalière minimale (TN) °C
9 TXn Valeur minimale mensuelle de TX °C
10 TNn Valeur minimale mensuelle de TN °C
11 TN10p Pourcentage de jours où la TN < 10e centile %
12 TX10p Pourcentage de jours où la TX < 10e centile %
13 TN90p Pourcentage de jours où la TN > 90e centile %
14 TX90p Pourcentage de jours où la TX > 90e centile %
15 WSDI Indice de durée des vagues de chaleur jours
16 CSDI Indice de durée des vagues de froid jours
17 DTR Amplitude de la température diurne °C
18 Rx1day Précipitations maximales sur un jour pendant un mois donné mm
19 Rx2day Précipitations maximales sur deux jours pendant un mois donné mm
20 Rx5day Précipitations maximales sur cinq jours pendant un mois donné mm
21 SDII Indice simple de l’intensité des précipitations mm
22 R1mm Nombre annuel de jours où les précipitations (PRCP) ≥ 1mm jours
23 R10mm Nombre annuel de jours où les PRCP ≥ 10mm jours
24 R20mm Nombre annuel de jours où les PRCP ≥ 20mm jours
25 CDD Durée maximale d’une période sèche, nombre maximal de jours consécutifs où les PRCP < 1mm jours
26 CWD Durée maximale d’une période pluvieuse, nombre maximal de jours consécutifs où les PRCP ≥ 1mm jours
27 R95p Précipitations totales annuelles accumulées les jours de pluie (PRCP > 95e centile) mm
28 R99p Annual total accumulation of precipitation on very wet days (PRCP > 99e centile) mm
29 PRCPTOT Précipitations annuelles totales les jours de pluie mm
30 R95day Nombre de jours où les précipitations quotidiennes dépassent le 95e centile jours
31 R99day Nombre de jours où les précipitations quotidiennes dépassent le 99e centile jours

Formats de fichier

Les simulations à échelle réduite ont été organisées en répertoires distincts contenant une simulation pour chaque MCM, variable, réalisation et trajectoire socioéconomique partagée. Par exemple, la simulation à échelle réduite des précipitations quotidiennes à partir de la première réalisation (r1i1p1f1) d’ACCESS-CM2 suivant la trajectoire SSP1 2.6 se trouve dans le répertoire ::

ACCESS-CM2_pr_r1i1p1f1_ssp126_5_year_files

Compte tenu de la grande taille de fichier des simulations à échelle réduite (57 Go par fichier), chaque simulation complète a été divisée en sous-ensembles de 5 ans. Chaque fichier de 5 ans est nommé selon le même format de nom de fichier pour décrire la simulation et l’intervalle de temps contenus dans le fichier. Par exemple, le premier fichier du répertoire indiqué ci-dessus est le suivant :

pr_day_BCCAQv2+ANUSPLIN300_ACCESS-CM2_historical+ssp126_r1i1p1f1_gn_19500101-19551231.nc

CLes éléments du nom de fichier comprennent ce qui suit :

Chaque répertoire de simulation contient un fichier de six ans (1950-1955, 2,3 Go) et 29 fichiers de cinq ans (1,9 Go chacun) qui, ensemble, constituent la simulation à échelle réduite de 151 ans à l’échelle du Canada pour le MCM, la variable, la réalisation et la trajectoire socioéconomique donnés. L’identificateur d’étiquette de grille indique si les simulations du MCM sont fournies à l’aide de la grille d’origine du modèle (« gn ») ou si elles ont été maillées de nouveau (« gr ») sur une autre grille principale par le centre de modélisation. Les cas où les simulations d’un MCM sont fournies à plus d’une résolution de grille sont indiqués à l’aide d’une désignation de nombre entier (p. ex., « gr2 »).

Les fichiers d’indices climatiques sont nommés selon le même format que celui du nom de fichier. Par exemple, le premier fichier dans le répertoire Climdex d’ACCESS CM2 est le CDD à résolution annuelle (ann) :

cddETCCDI_ann_BCCAQ2v2+ANUSPLIN300_ACCESS-CM2_historical+ssp126_ r1i1p1f1_1950-2100.nc

Les éléments du nom de fichier pour les indices climatiques comprennent ce qui suit :

Licence de données

Licence du gouvernement ouvert – Canada (https://ouvert.canada.ca/fr/licence-du-gouvernement-ouvert-canada)

Les ensembles de données de modèles individuels et tous les produits dérivés connexes, y compris les ensembles multimodèles, sont assujettis aux conditions d’utilisation de l’organisation source.

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