Qu'est-ce qu'un modèle climatique et pourquoi est-ce important ?

trois globes de modèles climatiques Le Centre national de recherche atmosphérique

Il y a quelques années à peine, la sagesse conventionnelle soutenait qu'on ne pouvait attribuer aucun événement météorologique extrême au changement climatique. Mais maintenant, les scientifiques peuvent de plus en plus énoncer les probabilités que les actions humaines aient causé ou exacerbé des sécheresses et des ouragans spécifiques.

L'une des principales raisons de ce changement est que la science de la modélisation climatique devient de plus en plus puissante à mesure que les améliorations de la technologie, des techniques et du partage de données permettent aux chercheurs de mettre en place de nouvelles expériences ou simplement d'en exécuter beaucoup plus.

(Lire l'histoire qui l'accompagne : Comment la recherche sur les armes nucléaires a révélé de nouvelles menaces climatiques.)

Les modèles climatiques sont des simulations informatiques sophistiquées qui se rapprochent de la façon dont la planète réagit à diverses forces, comme les poussées de dioxyde de carbone. Ils décomposent les océans, la surface et l'atmosphère en boîtes 3D et calculent l'évolution des conditions dans le temps et dans l'espace.

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Les gains de base en puissance de calcul ont entraîné de nombreuses améliorations. Ces boîtes mesuraient environ 500 kilomètres carrés en 1990. Pour certains des modèles à plus haute résolution d'aujourd'hui, y compris l'E3SM du ministère de l'Énergie, le MRI japonais et le FGOALS chinois, ils font moins de 25 kilomètres carrés. La résolution devient encore plus élevée pour des applications spécifiques, telles que la modélisation des ouragans.

De plus, les premiers modèles climatiques des années 1960 étaient centrés sur l'atmosphère, mais maintenant ils prennent en compte les surfaces terrestres, la glace de mer, les aérosols, le cycle du carbone, la végétation et la chimie atmosphérique. Plus récemment, des modèles ont commencé à intégrer les changements de comportement humain en réponse au changement climatique, y compris la migration et la déforestation.

D'autres avancées en matière de modélisation ont eu lieu à la suite d'un effort de trois décennies dans le cadre du Programme mondial de recherche sur le climat, connu sous le nom de Projet d'intercomparaison de modèles couplés (CMIP). Dans le cadre de ce programme, les institutions de recherche sont invitées à mener un ensemble commun d'expériences avec un ensemble commun d'intrants et à partager publiquement les résultats.

Les pétaoctets de données résultantes ont permis aux chercheurs du monde entier de mener des études qui plongent dans des domaines d'intérêt spécifiques sans avoir à sécuriser leur propre temps sur des superordinateurs.

Le Centre national de recherche atmosphérique

L'abondance de données a également permis aux scientifiques de comparer les résultats de divers modèles entre eux et avec les changements climatiques observés dans le monde réel à ce jour. Cela a fourni des informations cruciales sur les modèles qui fonctionnent le mieux, et parfois cela a même révélé des problèmes avec nos observations. Il a également offert des commentaires qui ont permis aux institutions de tester de nouvelles hypothèses, d'affiner davantage les modèles et d'améliorer leur compréhension des processus naturels, explique Noah Diffenbaugh, professeur de science du système terrestre à Stanford.

Notamment, le modélisateur d'ouragans du MIT, Kerry Emanuel, a utilisé les données publiques de sept modèles pour conduire une simulation d'ouragan ciblée des dizaines de milliers de fois, dans le but de calculer les chances qu'une tempête de l'ampleur de l'ouragan Harvey atterrisse à nouveau sur le Texas. En examinant deux périodes de 20 ans à travers une gamme de scénarios d'émissions de gaz à effet de serre, il trouvé que ce qui était un événement sur 100 ans à la fin du 20e siècle sera un événement sur 5,5 ans à la fin de celui-ci.

Mais malgré toutes ces améliorations considérables, même une boîte de 25 kilomètres carrés est encore bien trop grande pour capturer des processus à petite échelle comme le comportement de nuages ​​individuels. Et les scientifiques sont bien conscients que les modèles ne représentent pas parfaitement les processus naturels complexes.

C'est pourquoi ils parlent généralement en termes de fourchettes dans les scénarios de changement climatique, et pourquoi des événements dans le monde réel peuvent encore parfois se produire en dehors de ces limites.

Il y a encore beaucoup d'incertitude dans les projections, et cela nous dérange tous, dit Emanuel.

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