Projet d'intercomparaison des modèles couplés

Le projet d’intercomparaison des modèles couplés (CMIP, de l’anglais Coupled Model Intercomparison Project) est un projet international de comparaison des modèles climatiques, coordonné par le Programme mondial de recherches sur le climat (WCRP). Il organise des expériences communes entre différents centres de modélisation afin d’évaluer les modèles, de comparer leurs résultats et d’améliorer la compréhension du système climatique.

Les simulations produites dans le cadre du CMIP permettent d’étudier le climat passé et présent, de réaliser des projections climatiques et d’estimer une partie des incertitudes liées aux modèles. Elles constituent une source importante des évaluations scientifiques du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).

Depuis sa création dans les années 1990, le projet a connu plusieurs phases successives. CMIP6 est la dernière phase dont les résultats ont été diffusés à grande échelle, tandis que CMIP7 est en cours de développement.

Histoire

Le projet d’intercomparaison des modèles couplés est lancé au milieu des années 1990 par le Programme mondial de recherches sur le climat. Il vise initialement à comparer la réponse de différents modèles couplés de l’atmosphère et de l’océan soumis à des conditions expérimentales communes.

Les premières phases sont consacrées à l’évaluation des modèles couplés océan-atmosphère et à l’amélioration des méthodes de comparaison entre simulations. Les résultats de CMIP3 sont largement utilisés dans le Quatrième rapport d'évaluation du GIEC, publié en 2007.

La numérotation passe directement de CMIP3 à CMIP5 afin de faire correspondre le numéro de la phase avec celui du rapport d’évaluation du GIEC auquel ses simulations contribuent principalement.

La cinquième phase, CMIP5, est organisée en vue du Cinquième rapport d'évaluation du GIEC. Elle associe près de vingt centres de recherche et une cinquantaine de modèles climatiques. Elle comprend des simulations historiques, des projections fondées sur les trajectoires représentatives de concentration (RCP) et des expériences de prévision climatique à l’échelle décennale.

Chaque phase introduit de nouveaux protocoles expérimentaux, de nouvelles questions scientifiques et des méthodes améliorées de documentation et de diffusion des données.

Description et fonctionnement

Le CMIP fournit un cadre expérimental commun aux équipes développant des modèles climatiques. Il vise notamment à :

• évaluer les performances des modèles climatiques ;
• améliorer la compréhension du fonctionnement du climat et du système terrestre ;
• estimer les changements climatiques futurs ;
• étudier la prévisibilité climatique, notamment à l’échelle décennale ;
• comprendre les différences entre les projections produites par différents modèles ;
• estimer une partie des incertitudes associées aux modèles climatiques ;
• faciliter la comparaison et la réutilisation des simulations par la communauté scientifique.

Les protocoles sont élaborés par des comités scientifiques internationaux. Ils définissent notamment les conditions initiales, les facteurs naturels et humains pris en compte, les périodes simulées, les variables à conserver ainsi que les formats de données nécessaires à la comparaison des résultats.

Les modèles participants ne sont pas comparés dans le but de désigner un modèle unique comme étant le meilleur. Les intercomparaisons permettent plutôt d’identifier leurs points communs, leurs différences et leurs limites, ainsi que d’évaluer leur capacité à reproduire les principales caractéristiques du climat observé.

Les simulations sont produites par des centres de recherche du monde entier. Leurs résultats sont diffusés par l’intermédiaire de l’Earth System Grid Federation (ESGF), un réseau international d’archives distribuées permettant de rechercher et de télécharger les données du CMIP.

Protocole expérimental

Le protocole évolue d’une phase à l’autre, mais repose sur un ensemble de simulations standardisées réalisées par les différents centres de modélisation.

Simulations historiques

Les simulations historiques cherchent à reproduire l’évolution du climat sur une période pour laquelle de nombreuses observations sont disponibles. Elles prennent en compte l’évolution de différents facteurs naturels et humains, comme l’activité solaire, les éruptions volcaniques, les émissions de gaz à effet de serre, les aérosols et les changements d’utilisation des terres.

Ces simulations permettent de confronter les résultats des modèles aux observations et d’évaluer leur capacité à reproduire les principales caractéristiques du climat passé. La période historique commune s’étend jusqu’en 2005 dans CMIP5 et jusqu’en 2014 dans CMIP6.

Projections climatiques

Les projections climatiques simulent l’évolution possible du climat futur selon différentes hypothèses d’émissions de gaz à effet de serre et de développement socio-économique.

Dans CMIP5, elles reposent principalement sur quatre trajectoires de concentration appelées RCP, allant d’un scénario de forte réduction des émissions à un scénario dans lequel celles-ci continuent à augmenter au cours du XXI^e siècle.

Dans CMIP6, les projections utilisent principalement les trajectoires socio-économiques partagées (SSP). Celles-ci décrivent différentes évolutions possibles des sociétés et sont associées à plusieurs niveaux de forçage radiatif.

Ces simulations sont appelées projections et non prévisions, car elles décrivent ce qui pourrait se produire selon les hypothèses retenues plutôt qu’un futur considéré comme certain.

Prévisions climatiques

Les prévisions climatiques sont initialisées à partir d’une estimation de l’état observé du système climatique. Elles cherchent à reproduire, en plus de la réponse aux facteurs externes, une partie de la variabilité naturelle du climat.

Des prévisions rétrospectives sont réalisées pour des périodes déjà observées. Leur comparaison avec les observations permet d’évaluer la capacité des modèles à prévoir certaines évolutions climatiques à l’échelle saisonnière ou décennale.

Projets d’intercomparaison spécialisés

Les phases récentes comprennent des projets d’intercomparaison spécialisés appelés Model Intercomparison Projects (MIP). Ceux-ci portent sur des thèmes comme les aérosols, les nuages, les océans, les calottes glaciaires, l’utilisation des terres, les scénarios d’émissions ou la résolution des modèles.

Chaque MIP définit des expériences particulières tout en respectant les normes communes du CMIP. Cette organisation permet d’étudier des questions scientifiques précises sans imposer à tous les centres participants de réaliser l’ensemble des simulations possibles.

CMIP6

La préparation de CMIP6 débute au cours des années 2010. Cette phase adopte une organisation plus continue et plus décentralisée que les précédentes. Elle est structurée autour d’un ensemble d’expériences fondamentales communes et de projets d’intercomparaison spécialisés.

Les protocoles scientifiques de CMIP6 sont présentés dans un article de référence publié par Veronika Eyring, Sandrine Bony-Léna et plusieurs autres climatologues.

Les expériences fondamentales sont regroupées sous le nom de Diagnostic, Evaluation and Characterization of Klima (DECK). Elles sont complétées par une simulation historique couvrant la période 1850-2014 et, lors de la conception de la phase, par vingt-et-un projets d’intercomparaison approuvés par le CMIP.

CMIP6 cherche notamment à répondre à trois grandes questions scientifiques :

• comment le système terrestre réagit-il aux différents forçages ?
• quelles sont les origines et les conséquences des biais systématiques des modèles ?
• comment évaluer les changements climatiques futurs malgré la variabilité interne du climat et les incertitudes liées aux modèles et aux scénarios ?

Les simulations de CMIP6 sont utilisées dans de nombreux chapitres du Sixième rapport d'évaluation du GIEC, notamment pour élaborer des projections de température et de précipitations selon différents scénarios SSP.

CMIP6 réunit plus d’une centaine de modèles issus de plusieurs dizaines d’institutions et produit plusieurs pétaoctets de données climatiques.

CMIP7

CMIP7 constitue la phase la plus récente du projet. Elle est en cours de développement et conserve certaines expériences fondamentales de CMIP6, notamment le DECK, afin de permettre la comparaison des résultats entre les différentes générations de modèles.

CMIP7 est structuré autour de quatre grandes questions scientifiques relatives aux changements du système terrestre, à sa réponse aux forçages, aux informations climatiques régionales et aux conséquences des différentes trajectoires d’émissions.

La phase comprend un volet appelé Assessment Fast Track, qui rassemble un ensemble prioritaire d’expériences. Celui-ci doit permettre de produire rapidement des simulations cohérentes destinées aux prochaines évaluations scientifiques, aux études d’impacts, à la régionalisation du climat et aux services climatiques.

Les nouveaux scénarios explorent différentes évolutions possibles des émissions de gaz à effet de serre, de l’utilisation des terres et des politiques climatiques. Ils sont élaborés dans le cadre du projet ScenarioMIP.

Les jeux de données de forçage doivent être actualisés et harmonisés, notamment afin de prolonger les simulations historiques au-delà de la période couverte par CMIP6.

Utilisation par le GIEC

Le CMIP est institutionnellement distinct du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat. Le Programme mondial de recherches sur le climat coordonne le projet et les centres de modélisation réalisent les simulations, tandis que le GIEC évalue les publications scientifiques fondées sur ces résultats.

Les simulations du CMIP constituent néanmoins une ressource essentielle pour les rapports d’évaluation du GIEC. Elles sont notamment utilisées pour :

• comparer les performances des modèles climatiques ;
• étudier les causes des changements climatiques observés ;
• évaluer l’influence des activités humaines sur le climat ;
• estimer la sensibilité climatique ;
• élaborer des projections mondiales et régionales ;
• analyser l’évolution de certains phénomènes climatiques extrêmes.

Le GIEC ne reprend pas automatiquement l’ensemble des résultats du CMIP. Ses auteurs analysent les simulations conjointement avec les observations, les connaissances théoriques et les autres études scientifiques disponibles afin d’évaluer le niveau de confiance associé aux différentes conclusions.

Voir aussi

Articles connexes

• Modèle climatique
• Modèle de circulation générale
• Projection climatique
• Prévision climatique
• Programme mondial de recherches sur le climat
• Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat
• Sixième rapport d'évaluation du GIEC

Liens externes

• (en) « Site officiel du Coupled Model Intercomparison Project », sur Programme mondial de recherches sur le climat

• (en) « Accès aux données du CMIP », sur Programme mondial de recherches sur le climat