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Aperçu du CMIP6 et des profils socioéconomiques partagés

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Le Projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP) et le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC)

Il existe actuellement des douzaines d’institutions de modélisation climatique dans le monde, chacune produisant son propre modèle climatique. Des modèles climatiques individuels sont élaborés et améliorés au fil des décennies à mesure que l’équipe de scientifiques de chaque organisation tente de reproduire les processus climatiques mondiaux avec le plus de précision possible. Certains centres de modélisation se concentrent un peu plus sur certains processus ou certaines régions (comme la variabilité tropicale et les moussons, ou le climat polaire et la glace de mer), et leurs résultats, publiés dans la documentation scientifique, éclairent tous les groupes de modélisation.

Tous les cinq à sept ans, la communauté internationale de modélisation climatique se réunit pour utiliser les dernières versions de ses modèles climatiques dans une série coordonnée de simulations de modèles. Le résultat de cette comparaison est que la communauté des climatologues peut évaluer la performance des modèles par rapport aux versions précédentes des modèles et à d’autres nouveaux modèles. De plus, l’ensemble des résultats du modèle qui en résulte appuie un vaste éventail d’études et de programmes sur les répercussions des changements climatiques et l’adaptation à ceux-ci, ainsi que sur l’éducation et la sensibilisation du public. Un ensemble de modèles suivant un cadre expérimental normalisé permet aux scientifiques de calculer des statistiques d’ensemble (p. ex., des moyennes) pour la totalité des modèles. Cela mène à des projections plus solides que celles produites par n’importe quel modèle individuel, et permet également de quantifier la confiance ou l’incertitude dans ces projections. Cette collaboration mondiale très réussie est connue sous le nom de Projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP).

Les résultats d’un CMIP, y compris les constatations présentées, publiées et examinées par les pairs des groupes participants et les scientifiques, contribuent aux évaluations et aux rapports produits par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Le GIEC est l’organisme intergouvernemental des Nations Unies (ONU) chargé d’évaluer régulièrement les données scientifiques liées à l’évolution du climat de la Terre et de déterminer l’état des connaissances sur les changements climatiques. Il ne mène pas ses propres recherches, mais des scientifiques du monde entier font des évaluations exhaustives de la documentation scientifique examinée par des pairs publiée chaque année. Par conséquent, les rapports d’évaluation du GIEC, les rapports les plus importants et les plus exhaustifs produits par le GIEC, font largement appel au vaste corpus de recherche et aux données de modèle les plus récentes produites par un CMIP.

Phase 6 du Projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP6)

La sixième phase du Projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP6) a été organisée par le Programme mondial de recherche sur le climat (PMRC).Reference1 Le PMRC coordonne les efforts des partenaires et des groupes de modélisation participant au CMIP. Avec le temps, à mesure que la participation au CMIP augmentait et que le nombre et la complexité des modèles climatiques augmentaient, le besoin d’expériences de plus en plus détaillées et organisées a fait en sorte que le CMIP est devenu un cadre intégré au sein duquel un certain nombre de projets d’intercomparaison de modèles (PCM) individuels sont organisés. Les PCM sont des ensembles d’expériences et de simulations conçus pour mettre à l’essai et comparer des aspects particuliers des modèles climatiques. Chaque PCM individuel établit un plan expérimental visant à améliorer la compréhension des éléments suivants :

Le CMIP6 comprend 23 PCM individuels. Les simulations futures des changements climatiques sont coordonnées au sein du « ScenarioMIP » pour lequel environ 30 modèles climatiques ont fourni des résultats.Reference5 En outre, les expériences de diagnostic, d’évaluation et de caractérisation de Klima (DECK) sont au cœur du CMIP6, car elles impliquent les simulations passées (de 1850 à aujourd’hui) qui permettent d’évaluer la simulation du climat passé par le modèle. Bien que les PCM se voient accorder la priorité par le CMIP et que les organisations peuvent participer au nombre qu’elles souhaitent, les expériences DECK sont obligatoires pour que n’importe quel modèle entre dans le CMIP. Le schéma ci-dessous illustre la nature complexe et interconnectée du CMIP6.

Figure 1

Figure 1. Organisation expérimentale du CMIP6.Reference1 Les expériences DECK et l’anneau intérieur démontrent la nature fondamentale des simulations historiques dans le cadre du CMIP6. Dans l’anneau extérieur se trouvent quelques-uns des PCM du CMIP6 qui tentent d’aborder les sujets affichés dans l’anneau du milieu.

Description longue

La figure 1 décrit l’organisation expérimentale du CMIP6 comme une série d’anneaux concentriques étiquetés. Les anneaux central et intérieur sont respectivement les expériences DECK et les simulations historiques du CMIP6 mentionnées précédemment, et démontrent la nature fondamentale de ces expériences dans le cadre du CMIP6. L’anneau suivant décrit l’accent mis par le CMIP6 sur la structure et les mécanismes communs pour les sorties de modèles et les ensembles produits pour le CMIP6 : normes communes, coordination, infrastructure et documentation. L’anneau suivant est étiqueté avec une série de sujets qui renvoient aux trois grandes questions auxquelles les expériences du CMIP6 visent à répondre dans le cadre des grands défis scientifiques du PMRC :

  1. Comment le système terrestre réagit-il au forçage?
  2. Quelles sont les origines et les conséquences des biais systématiques des modèles?
  3. Comment pouvons-nous évaluer les changements climatiques futurs compte tenu de la variabilité interne du climat, de la prévisibilité et des incertitudes des scénarios?
Dans l’anneau extérieur se trouvent quelques-uns des sujets des PCM du CMIP6 qui tentent de répondre aux questions de l’anneau du milieu : nuages/circulation, phénomènes régionaux, océan/terre/glace, répercussions, scénarios, prévisions décennales, géo-ingénierie, utilisation des terres, cycle du carbone, chimie/aérosols, forçage radiatif et paléo.

Profils socioéconomiques partagés (SSP)

La dernière version des scénarios, utilisée pour le CMIP6 (2016-2021) et le sixième Rapport d’évaluation du GIEC (2021), sont les profils socioéconomiques partagés (SSP).Reference3 Les scénarios des SSP sont les plus complexes créés à ce jour et vont de mesures d’atténuation très ambitieuses à la croissance continue des émissions. Le scénario d’atténuation le plus ambitieux a été spécifiquement conçu pour s’aligner sur la limite inférieure de l’objectif de température mondiale de l’Accord de Paris, qui consiste à maintenir l’augmentation de la température mondiale bien en deçà de 2°C au-dessus des niveaux préindustriels, et la poursuite des efforts pour limiter l’augmentation à 1,5°C. Les SSP combinent des éléments des deux itérations précédentes des scénarios, le Rapport spécial sur les scénarios d’émissions (RSSE) (ou SRES, de l’anglais « Special Report on Emissions Scenarios ») et les Profils représentatifs d’évolution de concentration (PREC) (ou RCP, de l’anglais « Representative Concentration Pathways »). Les SSP représentent des scénarios de rechange sur la façon dont le monde pourrait évoluer au cours du siècle à venir en l’absence d’une politique climatique (voir le tableau 1 ci dessous). Cinq SSP ont été créés, avec des hypothèses variables sur les activités humaines, notamment la population, l’éducation, l’urbanisation, le produit intérieur brut (PIB), la croissance économique, le taux des progrès technologiques, les émissions de gaz à effet de serre et d’aérosols, l’offre et la demande d’énergie, les changements dans l’utilisation des terres, etc. Les SSP ont été conçus pour fonctionner en combinaison avec une version mise à jour des RCP.Reference6 Les nouveaux RCP définissent les forçages radiatifs (le changement de la différence entre le rayonnement solaire entrant du Soleil, et l’énergie sortante renvoyée dans l’espace par la Terre) stabilisés à la fin du siècle et, par conséquent, le niveau de politique sur les changements climatiques requis pour qu’un SSP particulier atteigne ledit forçage. Bien que les SSP définissent les développements mondiaux et l’état du monde, ils reflètent la difficulté et le succès ou les défis associés à la mise en œuvre de toute politique mondiale, ou stratégie d’atténuation ou d’adaptation.

Les SSP sont étiquetés SSP1 à SSP5. Le tableau suivant donne un aperçu de chacun des cinq scénarios narratifs.Reference6


Tableau 1. Aperçu des scénarios des SSP.Reference6

SSP1

Durabilité – Emprunter la route verte (faibles défis en matière d’atténuation et d’adaptation)
  • Le monde évolue progressivement, mais de façon générale, vers une voie plus durable, mettant l’accent sur un développement plus inclusif qui respecte les limites environnementales perçues.
  • La gestion du patrimoine mondial s’améliore lentement, les investissements dans l’éducation et la santé accélèrent la transition démographique, et l’accent mis sur la croissance économique s’oriente vers un accent plus large sur le bien-être humain.
  • Sous l’impulsion d’un engagement croissant en faveur de la réalisation des objectifs de développement, les inégalités sont réduites à la fois au sein des pays et entre eux.
  • La consommation est orientée vers une faible croissance matérielle et une faible intensité des ressources et de l’énergie.

SSP2

Milieu de la route - (défis moyens en matière d’atténuation et d’adaptation)
  • Le monde suit une voie dans laquelle les tendances sociales, économiques et technologiques ne changent pas de façon marquée par rapport aux tendances historiques.
  • Le développement et la croissance des revenus progressent de façon inégale, certains pays enregistrant des progrès relativement bons, tandis que d’autres ne répondent pas aux attentes.
  • Les institutions mondiales et nationales s’efforcent d’atteindre les objectifs de développement durable, mais progressent lentement.
  • Les systèmes environnementaux subissent une dégradation, bien qu’il y ait certaines améliorations et que, dans l’ensemble, l’intensité de la consommation de ressources et d’énergie diminue.
  • La croissance de la population mondiale est modérée et se stabilise dans la seconde moitié du siècle.
  • L’inégalité des revenus persiste ou ne s’améliore que lentement, et il reste des défis à relever pour réduire la vulnérabilité aux changements sociétaux et environnementaux.

SSP3

Rivalité régionale – Une route rocailleuse (grands défis en matière d’atténuation et d’adaptation)
  • La résurgence du nationalisme, les préoccupations au sujet de la compétitivité et de la sécurité et les conflits régionaux poussent les pays à se concentrer de plus en plus sur les enjeux nationaux ou, tout au plus, régionaux.
  • Les politiques changent au fil du temps pour devenir de plus en plus axées sur les questions de sécurité nationale et régionale.
  • Les pays mettent l’accent sur la réalisation des objectifs en matière d’énergie et de sécurité alimentaire dans leurs propres régions, au détriment d’un développement plus vaste.
  • Les investissements dans l’éducation et le développement technologique diminuent.
  • Le développement économique est lent, la consommation est importante sur le plan matériel et les inégalités persistent ou s’aggravent avec le temps.
  • La croissance démographique est faible dans les pays industrialisés et élevée dans les pays en développement.
  • Une faible priorité internationale pour aborder les préoccupations environnementales entraîne une forte dégradation de l’environnement dans certaines régions.

SSP4

Inégalité – Une route divisée (faibles défis d’atténuation, grands défis d’adaptation)
  • Des investissements très inégaux dans le capital humain, combinés à des disparités croissantes des possibilités économiques et du pouvoir politique, entraînent une augmentation des inégalités et une stratification à la fois d’un pays à l’autre et à l’intérieur de ceux-ci.
  • Au fil du temps, l’écart se creuse entre une société ayant des connexions internationales qui contribue aux secteurs à forte intensité de connaissances et de capital de l’économie mondiale et un ensemble fragmenté de sociétés à faible revenu et peu instruites qui travaillent dans une économie à forte intensité de main-d’œuvre et à faible technologie.
  • La cohésion sociale se dégrade, et les conflits et les troubles deviennent de plus en plus fréquents.
  • Le développement technologique est élevé dans l’économie et les secteurs de haute technologie.
  • Le secteur de l’énergie connecté à l’échelle mondiale se diversifie grâce à des investissements dans des combustibles à forte intensité en carbone comme le charbon et le pétrole non classique, mais aussi dans des sources d’énergie à faible intensité en carbone. Les politiques environnementales sont axées sur les enjeux locaux dans les zones à revenus intermédiaires et élevés.

SSP5

Développement à base de combustibles fossiles – Prendre la route (grands défis en matière d’atténuation, faibles défis en matière d’adaptation)
  • Le monde fait de plus en plus confiance aux marchés concurrentiels, à l’innovation et aux sociétés participatives pour produire des progrès technologiques rapides et au développement du capital humain comme voie vers le développement durable.
  • Les marchés mondiaux sont de plus en plus intégrés.
  • Il y a aussi d’importants investissements dans la santé, l’éducation et les institutions pour améliorer le capital humain et social.
  • En même temps, les pressions en faveur du développement économique et social s’ajoutent à l’exploitation d’abondantes ressources en combustibles fossiles et à l’adoption de modes de vie axés sur les ressources et l’énergie partout dans le monde.
  • Tous ces facteurs mènent à une croissance rapide de l’économie mondiale, tandis que la population mondiale atteint un sommet et décline au XXIe siècle.
  • Les problèmes environnementaux locaux comme la pollution atmosphérique sont gérés avec succès.
  • On croit en la capacité de gérer efficacement les systèmes sociaux et écologiques, y compris par la géo-ingénierie au besoin.

Chaque SSP génère une projection future correspondante des émissions de gaz à effet de serre et des changements dans l’utilisation des terres selon le scénario de référence du SSP. Comme il a été mentionné précédemment, les SSP ont été conçus pour fonctionner en combinaison avec une nouvelle version améliorée des RCP. De cette façon, différents avenirs de la politique climatique peuvent être superposés aux SSP pour représenter l’influence des différents choix de politique climatique (p. ex., la transition des combustibles fossiles à l’énergie renouvelable) et la facilité ou la difficulté d’atteindre l’objectif de forçage radiatif de fin de siècle précisé par un RCP. Les différents scénarios stratégiques mènent à différents niveaux de forçage radiatif (une évaluation de la mesure dans laquelle les gaz à effet de serre dans l’atmosphère réchauffent ou refroidissent le climat, mesurée en watts par mètre carré [W/m2]) d’ici l’an 2100 et varient de 1,9 à 8,5 W/m2 avec des valeurs plus élevées représentant des effets de réchauffement climatique plus forts. Les valeurs de forçage particulières ont été choisies pour permettre une comparaison facile des nouveaux scénarios aux RCP utilisés dans le CMIP5 et le cinquième Rapport d’évaluation du GIEC. Les combinaisons possibles de SSP et de scénarios de forçage ne sont pas toutes viables et, par conséquent, certaines ne comportent pas de simulation. Par exemple, le SSP5, qui accorde la priorité au développement des combustibles fossiles, établissant ainsi un monde à émissions élevées, est incompatible avec un scénario de forçage faible (p. ex., 1,9 W/m2), qui nécessiterait une politique climatique plus stricte et de fortes mesures d’atténuation, et donc de faibles émissions de gaz à effet de serre.

La figure 2 montre les combinaisons possibles, ainsi que les RCP correspondants. Le nombre élevé de scénarios possibles, représentés sous forme de boîtes de n’importe quelle couleur, a amené le ScenarioMIP à attribuer des niveaux de priorité à certains scénarios pour les organisations de modélisation. Quatre scénarios ont été désignés comme des scénarios de « niveau 1 » (en bleu) et considérés comme la priorité absolue dans le plan expérimental du ScenarioMIP. Ces scénarios de niveau 1 couvrent un large éventail d’incertitudes dans les voies de forçage socio-économique et climatique à venir et servent de bonnes comparaisons avec les scénarios RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 et RCP8.5 utilisés pour le CMIP5. Les scénarios de « niveau 2 » (en jaune) comprennent d’autres scénarios d’intérêt pour les centres de modélisation afin d’examiner si les ressources le permettent.

Les deux figures suivantes fournissent des visualisations pour démontrer comment les SSP de référence diffèrent sur le plan des caractéristiques socioéconomiques (figure 3) and greenhouse gas et des émissions de gaz à effet de serre et de l’utilisation des terres (figure 4).

Figure 2

Figure 2. Combinaisons de voies socioéconomiques partagées et de forçage radiatif de l’année 2100 utilisées dans le ScenarioMIP.Reference5

Description longue

La figure 2 est une matrice qui décrit toutes les combinaisons possibles de SSP et de forçage radiatif, avec un code de couleurs pour montrer la priorité de chaque scénario. Les scénarios de niveau 1, ou de première priorité, sont SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0, et SSP5-8.5. Trois des quatre scénarios de niveau 1 sont des versions mises à jour des scénarios des RCP du CMIP5 précédents (RCP2.6, RCP4.5 et RCP8.5) afin de faciliter la comparaison entre les projections du CMIP5 et du CMIP6. Les scénarios de niveau 2 sont SSP1-1.9, SSP4-6.0, SSP4-3.4 et SSP5-3.4. Toutes les autres combinaisons de SSP et de forçage radiatif ne sont pas viables ou ne sont pas désignées comme prioritaires par ScenarioMIP, et ne sont donc pas incluses.

Figure 3

Figure 3. Différences dans les projections pour certaines des conditions socioéconomiques utilisées dans les SSP. De gauche à droite : croissance de la population, produit intérieur brut (PIB) et urbanisation. Notez que les SSP présentés sont des bases de référence, ce qui signifie qu’il n’y a pas de RCP ou de forçage radiatif associé à chaque SSP. Par conséquent, chaque SSP décrit un avenir en l’absence de nouvelles politiques climatiques au-delà de celles en place aujourd’hui ou de nouvelles stratégies d’atténuation ou d’adaptation. Les projections des SSP de référence sont présentées en comparaison avec les gammes produites à partir de la littérature scientifique évaluée par les pairs.Reference6Reference7

Figure 4a Figure 4b

Figure 4. Les différences dans les projections des émissions mondiales de gaz à effet de serre pour le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l’oxyde nitreux (N2O) entre tous les SSP sont indiquées dans les trois graphiques du haut. Les quatre graphiques du bas montrent les changements prévus dans certaines conditions d’utilisation des terres dans l’ensemble des SSP. Les changements prévus sont par rapport à 2010, avec des lignes plus épaisses montrant les projections des SSP de référence, et des zones colorées montrant la gamme des projections pour toutes les combinaisons possibles de forçage radiatif. Les RCP du CMIP5 sont ajoutés à des fins de comparaison. Il est à noter que les « autres terres naturelles » comprennent toutes les catégories de terres au-delà des forêts, des pâturages, des terres cultivées et des zones bâties.Reference5Reference6

CMIP5 par rapport à CMIP6

Le premier volume du sixième Rapport d’évaluation (Groupe de travail I : Les éléments scientifiques) fournit une comparaison détaillée des résultats du CMIP5 et du CMIP6 et fournit des projections à partir des deux.Reference2Reference3Reference8 Dans l’ensemble, bien qu’il y ait eu une certaine amélioration dans la génération de modèles du CMIP6, les résultats du CMIP5 et du CMIP6 sont généralement comparables.

Une différence notable entre les modèles du CMIP5 et du CMIP6 est leur sensibilité climatique – il s’agit d’une mesure des changements de température moyenne mondiale en réponse à un changement particulier de la concentration de CO2. Il existe deux mesures standard de la sensibilité climatique : la sensibilité climatique à l’équilibre (SCE), qui est le changement de température suivant un doublement instantané du CO2 atmosphérique, et la réponse climatique transitoire (RCT)), qui est le changement de température quand le CO2 atmosphérique a doublé dans une situation idéalisée où le CO2 augmente de 1 % par année. Bien qu’il subsiste une incertitude considérable quant à ces valeurs [à mettre à jour une fois que la plage évaluée du sixième Rapport d’évaluation du GIEC sera disponible], il est évident que la valeur moyenne multimodèle pour la SCE et la RCT est légèrement plus élevée dans les modèles du CMIP6 que dans les modèles du CMIP5, mais avec un éventail plus vaste dans le CMIP6.Reference4 Cela signifie que pour une augmentation donnée du CO2, les modèles du CMIP6 simuleront un changement climatique légèrement plus important que les modèles du CMIP5. Il convient de mentionner que nous ne pouvons pas observer directement la sensibilité climatique et que, par conséquent, nous ne pouvons pas dire avec certitude quels résultats du modèle sont les plus proches de la valeur « exacte » ; toutefois, les rapports d’évaluation du GIEC combinent diverses sources de données indirectes pour produire une plage évaluée (voir la figure 5). Dans le cas de la RCT, la dernière plage évaluée du sixième Rapport d’évaluation est de 1,4 à 2,2°C (ce serait la barre rouge pour le sixième Rapport d’évaluation/le CMIP6 dans la figure 5) et la plage probable pour la SCE est de 2,5 à 4°C (ce serait la barre bleue pour le sixième Rapport d’évaluation/le CMIP6 dans la figure 5).

Figure 5

Figure 5. Sensibilité climatique à l’équilibre (SCE) et réponse climatique transitoire (RCT) des modèles de toute l’histoire du CMIP, ainsi que les estimations précédentes.Reference4 La longueur de la barre colorée représente la plage des projections du modèle (p. ex., les barres plus courtes montrent une plage moindre et une plus grande concordance du modèle) et la ligne noire horizontale sur chaque barre indique la moyenne multimodèle. Le sixième Rapport d’évaluation n’est pas inclus dans ce graphique, car les résultats sont encore préliminaires, les plages évaluées sont actuellement de 2,5 à 4°C pour la SCE (barre bleue) et de 1,4 à 2,2°C pour la RCT (barre rouge).

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