Les activités humaines sont fortement touchées par les changements et les variations des propriétés physiques de la couche d’air située près de la surface de la Terre. Ces changements sont d’intérêt à l’échelle quotidienne, saisonnière et climatique. Le tableau 3.1 décrit les sept variables climatiques essentielles déterminées par le Système mondial d’observation du climat (SMOC) pour la surveillance mondiale, dans la catégorie des variables de l’air à la surface.
Tableau 3.1 Variables climatiques essentielles identifiées par SMOC dans la catégorie des variables de l'air à la surface (Source : https://www.climate.gov/maps-data/primer/air-atmospheric-climate-variables )
| Non. | Nom | Définition et description des mesures de base dans les stations météorologiques et climatiques |
|---|---|---|
| 1 | Température de l’air à la surface | La température de l'air à proximité de la surface est la température de l'air qui nous entoure, généralement mesurée à une hauteur d'environ deux mètres au-dessus de la surface (également appelée température à 2 m), exprimée en degrés Celsius (°C). Les mesures sont effectuées à l'aide de thermomètres, protégés de l'énergie solaire directe. Le type de thermomètre le plus courant est le thermomètre à liquide. Des thermomètres plus précis mesurent la température de l'air en vérifiant la quantité d'électricité qui peut passer à travers un échantillon de métal pur. |
| 2 | Précipitations totales | Les précipitations totales sont de l'eau sous forme liquide ou solide qui tombe des nuages sur la surface de la Terre. Elles peuvent se présenter sous forme de bruine, de neige, de glace, de pluie verglaçante ou de grêle. Les pluviomètres sont les instruments les plus couramment utilisés pour mesurer les précipitations (précipitations liquides). Un pluviomètre est un récipient ouvert sur le dessus qui est calibré pour mesurer la profondeur du liquide capté, laquelle est rapportée en unités de profondeur (volume/unité de surface) de millimètres (mm), mètres (m) ou pouces (in). |
| 3 | Vitesse et direction du vent de surface | Le vent est de l'air en mouvement par rapport à la surface de la Terre. Il s'agit d'une quantité vectorielle, ce qui signifie qu'elle est décrite à la fois en termes de vitesse et de direction du mouvement. Les anémomètres sont utilisés pour mesurer la vitesse du vent, qui est exprimée en mètres par seconde (ms-1). Les girouettes mesurent la direction du vent. La direction du vent fait référence à la provenance du vent ; par exemple, un vent du nord vient du nord et souffle vers le sud. Les vents sont le plus souvent décrits en utilisant les composantes vers l'est et vers le nord (la composante horizontale du vent se déplaçant vers l'est et vers le nord). |
| 4 | Vapeur d'eau à la surface | La vapeur d'eau est l'eau présente dans l'atmosphère sous forme de vapeur (gazeuse). La moitié de la quantité de vapeur d'eau atmosphérique se trouve à moins de deux kilomètres de la surface de la Terre. L'humidité absolue, exprimée en grammes de vapeur d'eau par kilogramme d'air (g kg-1), ou l'humidité spécifique, exprimée en grammes de vapeur d'eau par kilogramme d'air sec (g kg-1), sont des mesures courantes de la quantité de vapeur d'eau dans l'air. L'humidité relative, exprimée en pourcentage (%) de la pression de vapeur d'eau par rapport à une pression de vapeur saturée (condensée), indique la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air par rapport à la quantité qu'il peut contenir à une température donnée. L'instrument utilisé pour mesurer la teneur en vapeur d'eau dans l'air s'appelle un hygromètre. Le type d'hygromètre le plus simple est fabriqué à partir de cheveux humains, qui gonflent et s'allongent lorsqu'ils absorbent la vapeur d'eau présente dans l'air. |
| 5 | Pression atmosphérique | La pression atmosphérique est le poids par unité de surface de la colonne d'air située au-dessus. Comme les molécules de gaz se déplacent toujours dans toutes les directions, la pression atmosphérique est la même dans toutes les directions. Les baromètres mesurent la pression atmosphérique. Le type de baromètre le plus courant est un récipient d'air flexible et étanche. Lorsque la pression de l'air à l'extérieur du récipient change, le récipient réagit en se contractant ou en se dilatant. Ce changement est enregistré par une aiguille ou une lecture numérique. Ces valeurs sont exprimées en millibars (mb), qui est une unité de pression couramment utilisée dans l'aviation et la météorologie, égale à 1 hectopascal (hPa) ou 100 Pascal (Pa), où un Pa correspond à un newton par mètre carré (Nm-2). La pression standard au niveau de la mer est de 1013,25 mb, soit une valeur nominale d'environ mille millibars. Le changement de pression atmosphérique peut indiquer un changement de temps. |
| 6 | Rayonnement de surface à ondes longues | Le rayonnement de surface à longue longueur d’onde est défini comme la densité du flux de rayonnement émis par les gaz, les aérosols et les nuages de l'atmosphère vers la surface de la Terre. Le flux d'énergie transporté par ce rayonnement est mesuré en watts par mètre carré (W/m²). Le rayonnement de grande longueur d'onde (ou dans le domaine infrarouge) retourné en surface est principalement mesuré par un pyrgéomètre. |
| 7 | Rayonnement de surface à ondes courtes | Le rayonnement de surface à courte longueur d’onde est défini comme la densité de flux du rayonnement solaire à la surface de la Terre. L'unité de mesure du rayonnement est celle de l'éclairement énergétique, le watt par mètre carré (W/m2). Au sol, un instrument appelé pyranomètre solaire mesure la quantité de rayonnement solaire entrant qui atteint la surface terrestre. |
Bien que toutes les variables du tableau soient essentielles pour l'analyse climatique, les quatre premières variables (température à 2 m, précipitations totales, vitesse et direction du vent de surface et vapeur d’eau de surface) sont considérées comme essentielles pour les études d’adaptation aux changements climatiques à l’échelle locale dans le nord du Canada et constituent le sujet du présent chapitre. Pour chacune des quatre variables, nous présenterons d’abord les ensembles de données historiques estimés à partir des observations. Les descriptions des ensembles de données modélisés (projections historiques et futures) sont présentées au chapitre 4.
Le tableau précédent présente également les instruments classiques utilisés pour mesurer ces variables aux stations météorologiques et climatiques. Comme il est mentionné à la section 2.1, ces enregistrements historiques sont locaux, la période qu’ils couvrent varie selon l’emplacement et peut comprendre des valeurs manquantes au cours de la période d’enregistrement. Les mesures des stations sont réparties inégalement sur le territoire et leur nombre total a changé au fil du temps, avec une baisse importante du nombre de stations d’observation manuelle après 1990 (Mekis et coll., 2018). Pour le Nord canadien, la plupart des relevés météorologiques et climatiques ont commencé dans les années 1950, le nombre de stations est beaucoup plus petit que dans le sud du Canada et inégalement réparti (voir la figure 2.1 qui montre l’emplacement des stations de plusieurs réseaux de surface au Canada en septembre 2016).
Les caractéristiques des données des stations, les données d’observation sur grille et les données de réanalyses ont été abordées à la section 2.1. De plus, en ce qui concerne les variables météorologiques, les estimations des satellites sont récemment devenues disponibles pour certaines des variables météorologiques du passé récent. Il existe également des ensembles de données hybrides qui combinent les mesures aux stations avec des réanalyses ou des données satellitaires. Par conséquent, les sections fondées sur les observations historiques pour les variables météorologiques présenteront les types d’ensembles de données suivants :
a) Données provenant des stations (présentées en bleu);
b) Données d’observation sur grille (présentées en jaune);
c) Données de réanalyses (présentées en vert);
d) Données de réanalyses interpolées de nouveau avec ou sans correction de biais (présentées en orange);
e) Données satellitaires (présentées en rose);
f) Données hybrides (présentées en violet).
Les variables météorologiques historiques sont nécessaires dans la première étape des évaluations de vulnérabilités et des risques aux changements climatiques pour définir les conditions de référence qui décrivent le climat au cours de la période historique. Les données historiques sont également utilisées pour évaluer l'habileté des modèles climatiques au cours de la période historique et pour corriger leur biais pour les projections climatiques. Certaines des variables météorologiques sont également utilisées comme données d’entrée pour les modèles locaux du pergélisol et les modèles régionaux de la surface terrestre.
Ce qui suit explique certaines considérations qui ont été prises en compte lors de la sélection et de la documentation des ensembles de données météorologiques existants pour la période historique.
- Seuls les ensembles de données couvrant le Nord canadien en tout ou en partie sont pris en compte.
- Une période de référence de 30 ans est indiquée pour respecter les pratiques exemplaires internationales en matière d’analyses climatiques afin de permettre une période suffisante pour déterminer les tendances et les changements causés par l'homme, ainsi que pour comparer et valider les simulations de modèles climatiques. Nous avons ajouté aux ensembles de données qui respectent ce critère des ensembles de données d’importance stratégique. Par exemple, certains nouveaux jeux de données ont été développés récemment, et bien qu’il n’y ait pas actuellement 30 ans de données disponibles pour un jeux de données en particulier, on prévoit étendre les données à une plus longue période. Ou bien, dans le cas des stations, ces jeux de données sont considérés comme importants parce que d’autres enregistrements ne sont pas disponibles pour cette région particulière et ils sont donc utiles pour le développement de produits sur grille.
- En ce qui concerne l’utilisation d’ensembles de données sur grille, les moyennes climatologiques et les moyennes mensuelles de diverses variables ont généralement des caractéristiques à grande échelle, mais sont fortement contrôlées par les effets locaux. C’est particulièrement le cas pour le champ de précipitations et le vent, et dans une moindre mesure pour l’humidité et la température. Cependant, les effets locaux pour toutes les variables sont plus forts dans les champs à plus petits pas de temps, comme les moyennes quotidiennes et les valeurs horaires. La proximité de grands plans d’eau et la topographie constituent certains des facteurs qui produisent des effets locaux. Par conséquent, les ensembles de données sur grille doivent avoir une bonne résolution spatiale afin de saisir les caractéristiques locales. Pour cette raison, dans le présent rapport, seuls les ensembles de données sur grille ayant une résolution spatiale nominale supérieure à 0,6° environ, couvrant le nord du Canada ou certaines parties du nord du Canada, sont pris en compte. Certaines des réanalyses ou des ensembles de données sur grille ont évolué au fil du temps et plusieurs versions sont disponibles pour le public. Seules les versions les plus récentes sont présentées ici, car elles sont considérées comme utilisant les modèles et les techniques les plus avancés, et sont donc susceptibles de produire les meilleurs résultats.
Chacune des quatre variables est présentée séparément. La section se termine par des ensembles de données supplémentaires provenant de stations qui ne sont pas intégrées au réseau du Service météorologique du Canada (SMC) et qui peuvent présenter un intérêt pour les applications locales.