Une date : 1950.

Qu’est-ce que le système climatique ?

Le système climatique est un ensemble complexe constitué de cinq composantes principales :

• l'atmosphère ;
• les surfaces continentales ;
• l'hydrosphère (océans, lacs, rivières, nappes d'eau souterraines…) ;
• la cryosphère (glaces terrestres ou marines, manteau neigeux) ;
• la biosphère (tous les organismes vivants dans l'air, sur terre et dans les océans).

Ces composantes interagissent entre elles en échangeant eau, chaleur, mouvement et composés chimiques. Le système climatique évolue au cours du temps sous l'effet de processus internes et de forçages externes, d'origine naturelle (comme les variations du rayonnement solaire et l’activité volcanique) ou anthropique (engendrés par les activités humaines comme les gaz à effet de serre).

Qu’est-ce qu’un modèle climatique et à quoi sert-il ?

Le GIEC définit les modèles climatiques comme « des programmes informatiques extrêmement sophistiqués qui englobent notre compréhension du système climatique et simulent, avec autant de fidélité que possible, les interactions complexes entre l’atmosphère, l’océan, la surface terrestre, la neige et la glace, l’écosystème mondial et divers processus chimiques et biologiques ».
 

Ces modèles sont des outils précieux pour améliorer notre compréhension du climat et des mécanismes physiques associés à l’échelle saisonnière, annuelle, décennale et centennale. Les modèles permettent notamment d’expliquer les changements climatiques observés et futurs et d’en déterminer la cause : variabilité naturelle, activité humaine ou une combinaison des deux.

Comment construit-on un modèle climatique ?

Les modèles climatiques permettent de modéliser mathématiquement le système climatique, de manière plus ou moins simplifiée.

Ils sont basés sur les lois fondamentales de la physique (la conservation de l'énergie, de la masse et de la quantité de mouvement). Ces lois sont mises sous forme d'équations et résolues numériquement dans les modèles sur une grille tridimensionnelle de plusieurs kilomètres de côté. Les phénomènes physiques de plus petite échelle comme les nuages et les précipitations sont représentés par des équations supplémentaires, appelées paramétrisations.
Ainsi, pour chaque point du maillage et chaque pas de temps, les modèles calculent l’évolution des différentes variables d’état (température, pression, etc.) de chacune des composantes du système climatique. Les résultats des modèles climatiques sont ensuite évalués en les confrontant aux observations. Cette évaluation permanente permet de mieux comprendre le système climatique mais aussi de corriger les modèles pour avoir des résultats de plus en plus précis.

Comment l’évalue-t-on ?

​​​​​​Les modèles climatiques sont évalués sur plusieurs critères qui permettent de s’assurer de la pertinence ou non d’un modèle :

• Représentation du climat moyen
• Capacité à reproduire les caractéristiques saisonnières et la variabilité interannuelle à décennale du climat
• Capacités des modèles à représenter les tendances récentes du climat observées (réchauffement global au XXe siècle de 0.74°C, hausse du niveau des mers de 17 cm)
• Capacité à simuler les climats passés en confrontant les simulations aux enregistrements climatiques (carottes de glace, sédiment…)

Comment les modèles climatiques ont-ils évolué avec le temps ?

​​​​​​​La complexité des modèles climatiques a considérablement augmenté depuis 1990 et le premier rapport d’évaluation du GIEC. Les différentes composantes ont été couplées en modèles climatiques complets au fil du temps.
Ainsi, on est passé de modèles de circulation générale de l’atmosphère seule à des modèles couplés océan atmosphère et enfin à des modèles du système Terre couplant l’atmosphère avec l’océan et les continents en prenant en compte leurs interactions physiques, chimiques et biologiques. De nouvelles représentations de processus physiques de plus en plus complexes ont été intégrées, comme la prise en compte des différents types de nuages, les interactions entre les surfaces continentales, la représentation du cycle du carbone etc...

La résolution horizontale et verticale a aussi considérablement augmenté avec un passage d’une résolution horizontale d’environ 500 km et 9 niveaux verticaux dans les années 1970 à une résolution horizontale d’environ 100 km et 95 niveaux verticaux à l’heure actuelle.
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Malgré les progrès réalisés, des incertitudes sur la modélisation du climat demeurent. Les modèles ont encore beaucoup de difficulté à représenter certains processus physiques de petite échelle comme les nuages. Le recours à un grand nombre de modèles pour les études d’impact du changement climatique permet une meilleure prise en compte des incertitudes liées à la modélisation climatique.