La communauté du Projet de comparaison de modèles couplés (CMIP) conçoit le protocole pour une vaste gamme de simulations de modèles climatiques pour évaluer les répercussions des changements climatiques – les simulations de scénarios préindustriels, historiques et futurs. Les résultats de ces simulations constituent la base des rapports d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat. Nous en sommes actuellement à la sixième phase du CMIP (c.-à-d. le CMIP6), et les résultats des modèles climatiques de cette phase constituent la base du récent sixième rapport d’évaluation du GIEC (AR6; GIEC, 2021). Les résultats des modèles climatiques CMIP5 ont été présentés dans le cinquième rapport d’évaluation (AR5, GIEC, 2013a) et ont été largement utilisés pour évaluer les répercussions des changements climatiques ainsi que dans les études d’adaptation. Le Centre canadien de la modélisation et de l’analyse climatique participe à l’élaboration de modèles climatiques depuis plusieurs décennies, et des versions du MST canadien ont contribué au CMIP5 (CanESM2) et au CMIP6 (CanESM5). Les détails relatifs aux ensembles du CMIP5 et du CMIP6 sont fournis dans le tableau 4.1.
- Simulations préindustrielles (correspondant à la période 1750 - 1850)
Les simulations préindustrielles sont conçues pour représenter les conditions climatiques qui existaient avant l’industrialisation. Les concentrations des gaz à effet de serre (GES), la couverture terrestre, les émissions d’aérosols atmosphériques et d’autres forçages sont tous fixés à leur niveau préindustriel, et les simulations sont realisées ensuite pendant plusieurs centaines d’années. Même s’il n’y a pas de changement imposé au forçage externe (p. ex., une augmentation du CO2 atmosphérique) dans ces simulations, il y a une variabilité d’une année à l’autre du climat simulé simplement en raison de la variabilité naturelle du système climatique. Le climat à long terme demeure toutefois stable, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’augmentation ou de diminution systématique (« dérive ») de la température ou d’autres variables climatiques. La simulation préindustrielle sert de contrôle pour la comparaison avec les simulations historiques et futures à l’échelle mondiale et régionale.
- Simulations historiques (généralement de 1851 à aujourd’hui)
Les simulations préindustrielles sont également utilisées pour lancer les simulations historiques – n’importe quelle année dans la simulation préindustrielle peut être utilisée comme point de départ pour les simulations historiques puisque chaque année est représentative du climat préindustriel. Chaque centre de modélisation climatique lancera généralement, ou initialisera, entre 5 et 10 simulations historiques[1] à partir de différentes années de la simulation préindustrielle. Cependant, contrairement à la simulation préindustrielle, la simulation historique comprend des forçages externes provenant de concentrations croissantes de GES dans l’atmosphère et d’émissions croissantes d’aérosols (c.-à-d. de la suie, également associée à l’utilisation croissante de combustibles fossiles) et de changements de la couverture terrestre (associé à la déforestation liée à l’agriculture). En plus de ces forçages, des informations sur les changements de l’activité solaire et le forçage volcanique sont également inclus. Bien que tous ces forçages aient des effets différents sur le climat, la réaction principale du système climatique au cours de la période historique à l’effet combiné de tous ces forçages est le réchauffement.
Bien que les simulations historiques sont distinctes en ce qui concerne le climat d’une année à l’autre, au cours de la longue période historique, elles montrent toutes des augmentations de la température semblables associées à l’augmentation des concentrations de GES dans l’atmosphère. Il est à noter qu’aucune des simulations historiques ne peut correspondre au climat réel observé à des dates correspondantes dans le passé – le climat historique que nous avons observé est une réalisation unique du système climatique hautement chaotique. Pour pouvoir reproduire la variabilité exacte observée d’une année à l’autre, nous devons connaître l’état exact de toutes les composantes du système climatique en 1850 (ou toute autre année) pour initialiser un modèle climatique parfait – ni l’un ni l’autre ne sont possibles. Cependant, les modèles simulent bien les caractéristiques statistiques globales du climatique historique (p. ex., tendances climatiques, moyennes temporelles, amplitude de la variabilité).
Pour le CMIP5, les simulations historiques couvrent la période de 1850 à 2005; pour le CMIP6, elles couvrent la période de 1850 à 2014. Les utilisateurs doivent savoir que de nombreuses autres expériences de recherche sont entreprises dans le cadre des projets de comparaison de modèles (MIP; p. ex., le « Atmospheric model intercomparison project » – étiquettes « AMIP »; « land-hist* »). Lorsqu’ils téléchargent des données climatiques brutes, les utilisateurs doivent choisir l’étiquette « historique » de l’expérience au cours de la période historique pour les analyses d’adaptation aux changements climatiques.
Les résultats statistiques des simulations historiques sont habituellement comparés aux observations (p. ex., pour la température et d’autres variables climatiques) à l’échelle mondiale, ainsi qu’à différentes échelles géographiques locales et à plusieurs fréquences temporelles, p. ex., annuelles, saisonnières et mensuelles. La comparaison avec les observations aide à évaluer les résultats des modèles et à en évaluer leures limites.
- Simulations de scénarios futurs (p. ex., du « présent » à 2100)
Les simulations des modèles climatiques pour l’avenir sont initialisées à partir des simulations historiques, exactement de la même façon que les simulations historiques sont initialisées à partir des simulations préindustrielles. Pour le CMIP5, la période de simulation future est de 2006 à 2100; pour le CMIP6, elle est de 2015 à 2100. La principale différence entre les simulations historiques et futures est que les forçages (p. ex., concentrations de GES, aérosols, changements de la couverture terrestre) sont connus pendant la période historique, mais pas pour l’avenir.
Le changement des contraintes futures dépend des activités humaines, qui sont incertaines. La prévision des activités humaines futures relève de la communauté de l’analyse des politiques environnementales et énergétiques, qui utilise des modèles d’évaluation intégrée (IAM) pour tenir compte des facteurs sociaux et économiques à l’origine des émissions de GES. Cette communauté élabore des descriptions cohérentes et constantes de la façon dont la société de l’avenir pourrait fonctionner, particulièrement en ce qui concerne la consommation de combustibles fossiles, et utilise les modèles d’évaluation intégrée pour calculer les émissions anthropiques et les concentrations de CO2, de méthane (CH4), d’oxyde nitreux (N2O) et d’autres GES, d’aérosols atmosphériques, ainsi que des estimations de la zone agricole future, pour chaque profil d’émission qu’ils développent. Ces scénarios d’émissions futures couvrent généralement un éventail de conditions, allant de faibles à modérées à élevées, et certains comprennent des mesures d’atténuation. Chaque scénario d’émissions fournit les renseignements de forçage nécessaires pour orienter les modèles climatiques. Les simulations du climat futur qui en résultent, appelées scénarios climatiques, sont toutes des descriptions tout aussi plausibles des états futurs possibles du système climatique en réponse au forçage prescrit. Aucun des scénarios climatiques ne doit être considéré comme une prévision, mais plutôt comme un exemple de climat futur possible. Par conséquent, lorsqu’on utilise des scénarios climatiques pour la planification de l’adaptation, il est conseillé d’utiliser de multiples scénarios pour saisir l’éventail des climats futurs possibles.
Il existe de nombreux scénarios d’émissions possibles et il n’est pas possible de créer des simulations avec des modèles climatiques pour chacun d’entre eux. Le protocole expérimental du CMIP recommande un ensemble de base des simulations avec des modèles climatiques qui tiennent compte des émissions allant de faibles, à modérées et à élevées.
[1] L’ensemble des résultats de modèles climatiques découlant d’expériences de simulation utilisant le même forçage est généralement connu sous le nom d’« ensemble ».