Indices climatiques historiques calculés à partir de données de température et de précipitations quotidiennes ajustées et homogénéisées

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1. Aperçu
2. Ensembles de données sources
   1. Données climatiques canadiennes ajustées et homogénéisées : température et précipitations quotidiennes
   1. Température homogénéisée de l’air en surface
   2. Précipitations ajustées
3. Méthodes
   1. Indices de température
   2. Indices de précipitations
4. Listes des stations
5. Application
6. Limites
7. Autres considérations
8. Limites d'utilisation
9. Coordonnées
10. Références

1. Aperçu

Nous disposons d’indices climatiques historiques de température et de précipitations calculés à partir de données de température et de précipitations quotidiennes ajustées et homogénéisées. Les indices de température ont été calculés à partir des températures quotidiennes maximales et minimales homogénéisées de 338 stations à travers le Canada. Les indices de précipitations ont quant à eux été calculés à partir des chutes de pluie, des chutes de neige et des précipitations quotidiennes ajustées mesurées dans 463 stations. La période couverte par l’ensemble de données varie selon les stations et les variables, et peut aller de 1900 à 2016.

Il existe plusieurs indices climatiques historiques pertinents en ce qui a trait aux répercussions, notamment des indices comprenant le nombre de jours où la température ou les précipitations sont supérieures (ou inférieures) à une valeur seuil, la durée des épisodes d’une condition météorologique ou climatique particulière, ainsi que l’accumulation des écarts de température au-dessus ou au-dessous d’un seuil fixe.

Les indices sont regroupés en trois ensembles : les indices de température A et B et les indices de précipitations. L’ensemble A des indices de température est basé sur des seuils fixes (p. ex. le nombre de jours où la température maximale était supérieure à 30 degrés Celsius). L’ensemble B des indices de température est fondé sur des centiles (p. ex. 95e centile de la température maximale quotidienne en hiver). Les indices de précipitations sont calculés à partir de seuils, qui sont fixes ou varient selon les stations.

Consultez Vincent et coll. (2018)^{Footnote 1} pour de plus amples renseignements sur le calcul et l’analyse des indices historiques des températures et des précipitations quotidiennes.

Tableau 1. Caractéristiques principales

2. Ensembles de données sources

2.1 Données climatiques canadiennes ajustées et homogénéisées : température et précipitations quotidiennes

Les données climatiques canadiennes ajustées et homogénéisées (DCCAH) sont des ensembles de données de stations climatiques qui comprennent les données historiques d’origine des stations ayant été rectifiées (à l’aide de procédures statistiques) pour tenir compte des discontinuités issues de facteurs non climatiques, comme les changements d’instruments ou les déplacements de stations. Les DCCAH permettent l’évaluation des tendances à long terme du climat canadien, tout en tenant compte des facteurs non climatiques. Les enregistrements de données de longue durée subissent souvent des effets exercés par des changements (p. ex. exposition du site, emplacement, instruments, observateur et procédures d’observation) qui sont indépendants du climat. Ces changements non climatiques ont été repérés et supprimés au moyen de procédures statistiques. Lorsque cela s’imposait, nous avons rectifié les données recueillies au moyen de certaines techniques de mesure susceptibles de mener à des sous-estimations ou à des surestimations. De plus, les données de stations avoisinantes ont parfois été combinées pour créer des séries chronologiques plus longues.

Les méthodes utilisées pour ajuster et homogénéiser les données des stations sont différentes pour la température et les précipitations; ces méthodes sont résumées ci-après. Les détails techniques complets peuvent être consultés en ligne.

2.1.1 Température homogénéisée de l’air en surface

Les indices de température de cet ensemble de données ont été conçus à partir des données homogénéisées sur la température de l’air en surface, qui comprennent des moyennes mensuelles, saisonnières et annuelles des températures maximales, minimales et moyennes quotidiennes (en degrés Celsius) pour 338 stations dans l’ensemble du pays.

La période couverte par les données de température homogénéisées varie d’un emplacement à l’autre; les plus anciennes données datent du début des années 1840 à certaines stations, et les plus récentes, de la dernière mise à jour en 2018. Les observations effectuées aux sites avoisinants ont parfois été combinées pour obtenir des séries chronologiques plus longues. Les données des stations de la majeure partie de l’Arctique canadien sont limitées à la période qui s’étend des années 1940 à aujourd’hui.

Dans les ensembles de données homogénéisées sur la température de surface, des changements autres que climatiques ont été décelés en comparant les données d’une station à celles d’autres stations avoisinantes. Nous avons utilisé des techniques fondées sur des modèles de régression pour déceler les changements non climatiques dans les séries mensuelles de température (Wang et coll., 2007^{Footnote 2}; Vincent, 1998^{Footnote 3}). Si un écart est observé dans les données d’une station, mais pas dans celles des stations avoisinantes, il est possible que cette différence soit imputable à des causes non climatiques. Lorsqu’un changement est décelé, les métadonnées de la station sont utilisées pour déterminer les causes possibles de l’écart et les mesures correctives qui s’imposent. Des rectifications sont ensuite apportées aux températures quotidiennes pour corriger le biais imputable aux causes non climatiques, s’il y a lieu. Nous avons également appliqué une nouvelle procédure pour calculer les rectifications; veuillez consulter Wang et coll. (2010)^{Footnote 4} et Vincent et coll. (2012)^{Footnote 5} pour de plus amples renseignements.

Avant les essais d’homogénéité, d’autres rectifications ont été apportées aux températures minimales quotidiennes recueillies à partir des stations synoptiques (principalement aux aéroports) pour corriger le biais causé par le changement des heures d’observation en juillet 1961 (Vincent et coll., 2009^{Footnote 6}).

2.1.2 Précipitations ajustées

Les indices de précipitations de cet ensemble de données ont été conçus à partir des données de précipitations ajustées, qui comprennent les totaux mensuels, saisonniers et annuels des chutes de pluie, des chutes de neige et des précipitations quotidiennes (en millimètres) pour 464 stations à travers le Canada.

La période couverte par les données de précipitations ajustées varie d’un emplacement à l’autre; les plus anciennes données datent du début des années 1840 à certaines stations, et les plus récentes, de la dernière mise à jour en 2016. Les observations effectuées aux sites avoisinants ont parfois été combinées pour obtenir des séries chronologiques plus longues. Les données des stations de la majeure partie de l’Arctique canadien sont limitées à la période qui s’étend des années 1940 à aujourd’hui.

Les ensembles de données ajustées sur les précipitations tiennent compte d’un certain nombre d’erreurs connues dans les mesures des précipitations. En premier lieu, on sait que les mesures des précipitations par pluviomètre sont inférieures à la quantité réelle de précipitations parce qu’une partie de l’eau de pluie gicle hors des instruments pendant les épisodes de précipitations de forte intensité (Molini et coll., 2005^{Footnote 7}). Des expériences sur le terrain ont été entreprises à divers endroits pour quantifier ces biais et les corriger en fonction des types de pluviomètres utilisés par le Service météorologique du Canada.

Deuxièmement, les mesures par règle ont été utilisées historiquement pour mesurer la profondeur de la neige, et une densité présumée de 100 kg/m-3 permettait de convertir la profondeur de la neige en équivalent d’eau de neige. Les DCCAH ont toutefois recours à des estimations de densité plus précises qui varient géographiquement dans l’ensemble du pays. La neige a tendance à être plus dense dans l’est et le nord du pays, et moins dense dans l’ouest. Par ailleurs, la valeur des précipitations quotidiennes inférieures à une quantité minimale mesurable était fixée à zéro par le passé. Cependant, l’effet cumulé de ces traces peut devenir important, surtout dans des régions comme l’Arctique, où les précipitations sont faibles. Un facteur de correction a été appliqué pour tenir compte de cette sous estimation. Nous avons attribué une valeur aux journées où les quantités de précipitations sont considérées comme des traces : une valeur de 0,1 millimètre a été appliquée pour la pluie, tandis que le facteur de correction varie entre 0,03 et 0,07 millimètre pour la neige, selon l’emplacement de la station. De plus, les observations effectuées aux stations avoisinantes ont parfois été regroupées, et la correction a été appliquée en fonction d’un ratio simple calculé à l’aide des périodes de chevauchement des données. Pour de plus amples renseignements, veuillez consulter Mekis et Vincent (2011^{Footnote 8}).

3. Méthodes

Au total, nous avons sélectionné 44 indices climatiques historiques pour répondre aux besoins en matière d’évaluation des effets économiques et sociaux au Canada. Une liste de ces indices et de leurs définitions est disponible; veuillez la consulter pour connaître les seuils et les centiles propres à chaque indice compris dans l’ensemble de données.

3.1 Indices de température

Les indices de température sont conçus à partir de données homogénéisées sur les températures maximales et minimales quotidiennes de 338 stations à travers le Canada. Deux ensembles d’indices de température ont été calculés : l’ensemble A et l’ensemble B. L’ensemble A comprend 18 indices basés sur des seuils, tels que les « jours d’été », qui sont le nombre de jours où la température maximale dépasse 25 degrés Celsius. L’ensemble B est constitué de 16 indices fondés sur des centiles, par exemple le 5e centile de la température maximale en hiver. Les indices de température sont calculés sur une base annuelle ou saisonnière, la plupart des indices de l’ensemble A étant sur une base annuelle et tous les indices de l’ensemble B sur une base saisonnière. Lors du calcul des indices, les valeurs mensuelles ont été fixées au code de valeur manquante (-9999 ou -9999,9) pour les mois comportant plus de trois jours consécutifs ou plus de cinq jours aléatoires avec valeurs manquantes. Dans les cas où la valeur d’un mois quelconque manquait dans une année ou une saison, le code de valeur manquante a été utilisé pour les valeurs annuelles et saisonnières (Vincent et coll., 2018)^{Footnote 1}.

3.2 Indices de précipitations

Les indices de précipitations sont conçus à partir de données ajustées sur les chutes de pluie, les chutes de neige et les précipitations quotidiennes dans 464 stations à travers le Canada. Les quantités de précipitations quotidiennes ajustées comprennent les quantités quotidiennes de pluie et de neige équivalentes en eau. L’ensemble de données comprend dix indices de précipitations axés sur les conditions humides, très humides et sèches, ainsi que sur les accumulations quotidiennes les plus importantes. Les indices de conditions humides et sèches sont basés sur des seuils absolus (p. ex. le nombre de jours avec plus d’un millimètre de pluie). Les indices de conditions très humides sont quant à eux basés sur une valeur seuil de référence fixée au 90e centile (p. ex. le nombre de jours où la pluie est supérieure au 90e centile). Les valeurs de référence au 90e centile des chutes de pluie, des chutes de neige et des précipitations totales ont été calculées pour la période de référence 1961 1990 en tenant compte de tous les épisodes quotidiens supérieurs ou égaux à 1 millimètre. Les indices d’accumulations quotidiennes les plus importantes sont présentés sous forme de quantité de précipitations (c. à d. les plus fortes chutes de pluie en millimètres au cours d’une journée) (Vincent et coll., 2018^{Footnote 1}).

Les précipitations à l’état de traces n’ont pas été observées de façon uniforme au fil du temps et dans l’ensemble du pays. Par conséquent, un seuil de 1 millimètre a été choisi pour déterminer les jours avec précipitations (y compris les chutes de pluie, les chutes de neige et les précipitations totales). Il convient toutefois de noter que les observations à l’état de traces ne sont pas à négliger lors du calcul des accumulations de précipitations saisonnières ou mensuelles, en particulier dans les régions sèches où les précipitations à l’état de traces peuvent être importantes par rapport aux précipitations totales (Vincent et coll., 2018^{Footnote 1}). Lors du calcul des indices, les valeurs mensuelles ont été fixées au code de valeur manquante (-9999 ou -9999,9) pour les mois comportant plus de trois jours consécutifs ou plus de cinq jours aléatoires avec valeurs manquantes. Dans les cas où la valeur d’un mois quelconque manquait dans une année ou une saison, le code de valeur manquante a été utilisé pour les valeurs annuelles et saisonnières (Vincent et coll. 2018)^{Footnote 1}.

4. Listes des stations

Des listes des stations de DCCAH comprises dans les ensembles de données sur les indices de température et de précipitations sont disponibles. Les listes sont également accessibles en format Microsoft Excel ou CSV (valeurs séparées par des virgules).

Liste des stations de températures homogénéisées : Format Excel Format CSV

Liste des stations de précipitations ajustées : Format Excel Format CSV

5. Application

L’ensemble de données sur les indices climatiques historiques a été conçu pour faciliter l’évaluation des effets économiques et sociaux des changements climatiques et offrir un aperçu de l’évolution des conditions climatiques extrêmes au Canada. Les variations de ces indices peuvent avoir une incidence sur d’importants secteurs de l’économie canadienne, notamment le tourisme, l’agriculture, l’énergie et le transport des marchandises (Vincent et coll., 2018^{Footnote 1}). Par exemple, les indices de journées et de nuits chaudes permettent d’évaluer les répercussions sur la santé humaine. Les indices sur les jours d’été, ainsi que les jours avec des chutes de neige et de fortes chutes de neige, sont pertinents pour le secteur du tourisme. Les indices sur les saisons de croissance offrent un meilleur aperçu des répercussions sur le secteur agricole. Les changements dans les degrés-jours de chauffage, les journées très froides et les jours de gel s’avèrent quant à eux pertinents pour déterminer les effets sur la consommation d’énergie. Les indices des jours de gel et des jours de gel consécutifs sont deux exemples d’indices ayant un impact sur l’industrie du transport des marchandises, tandis que les jours de gel-dégel peuvent avoir une incidence sur l’entretien des routes et la production acéricole. L’importance de ces indices climatiques ne se limite toutefois pas aux secteurs susmentionnés. Les indices précédemment mentionnés peuvent également s’avérer pertinents pour un large éventail de secteurs. Les indices peuvent aussi fournir des repères permettant d’évaluer le rendement des modèles climatiques canadiens, par exemple en les comparant aux changements climatiques historiques simulés par modélisation. Consultez Vincent et coll. (2018)^{Footnote 1} pour de plus amples renseignements sur les tendances historiques des indices climatiques.

6. Limites

Les indices climatiques tirés des DCCAH, peuvent comprendre des valeurs manquantes selon la variable, la station et l’heure. Le code de valeur manquante (-9999 ou -9999,9) a été utilisé pour toutes les valeurs manquantes. Par ailleurs, les indices de DCCAH sont des ensembles de données propres au site. Nous n’avons pas encore conçu un ensemble de données maillées à partir des données climatiques historiques ajustées et homogénéisées. Néanmoins, il convient de noter que l’ensemble de données maillées canadiennes (CANGRD) est disponible. L’ensemble de données CANGRD comprend les anomalies historiques maillées de la température et des précipitations, interpolées à partir des DCCAH des stations à une résolution de 50 kilomètres à l’échelle du Canada.

Nous disposons également de simulations historiques (1951-2005) d’indices climatiques mis à l’échelle de manière statistique et à haute résolution, fondés sur les résultats de modèles climatiques mondiaux (Li et coll. 2018)^{Footnote 9}. Mentionnons que les indices climatiques mis à l’échelle de manière statistique sont basés sur des simulations de modèles et non sur des données climatiques historiques ajustées et homogénéisées. Vous trouverez plus de détails sur les indices climatiques mis à l’échelle de manière statistique içi.

7. Autres considérations

Les utilisateurs doivent évaluer si les DCCAH conviennent à l’application visée. Les ensembles de données tirés des DCCAH sont différents des dossiers officiels des stations in situ du Service météorologique du Canada et ne doivent donc pas être utilisés à des fins juridiques. Les utilisateurs intéressés par les observations initiales effectuées à une station donnée devraient utiliser les données des stations du Service météorologique du Canada.

De plus, il convient de noter que les recherches en cours pourraient donner lieu à de futures révisions des DCCAH (p. ex. actualisation des méthodes) afin de fournir une meilleure représentation spatiale et temporelle des tendances climatiques au Canada. Il pourrait en résulter des mises à jour des ensembles de données sur les indices climatiques qui tiendraient compte de toute révision future des DCCAH.

8. Limites d'utilisation

9. Coordonnées

Courriel : f.ccds.info-info.dscc.f@ec.gc.ca