Introduction: variabilit

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(No Transcript)
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Introduction variabilité climatique passée
Tendance des précipitations sur le globe au
cours du XXe siècle
Source IPCC-TAR (2001). Intergovernemental Panel
for Climate Change-Third Assessment Report Groupe
d'experts Intergouvernemental sur l'Evolution du
Climat (GIEC)
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Introduction variabilité des débits
Anomalies relatives () de précipitations et de
débits pour le bassin du Niger
(700 000km2)
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(No Transcript)
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Introduction Objectif de la thèse
Quelle sera la tendance future des précipitations
liée à l'augmentation des gaz à effet de serre?
Quels sont les processus de surface clés qui
expliquent l'amplification du signal des
précipitations à l'échelle des grands bassins
versants?
Quels sont les impacts relatifs des changements
d'usage des sols et de pluviometrie au cours des
50 dernières années?
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Introduction Plan de l'exposé
Impact du changement climatique sur le cycle de
l'eau en Afrique de l'Ouest
I. Modélisation du changement climatique a.
Méthode d'analyse de simulations couplées b.
Signal et incertitudes II. Représentation du
cycle de l'eau par bassin versant a.
Présentation d'ORCHIDEE b. Incertitudes induites
par le forçage c. Rôle des eaux de
surface III.Variabilité des débits de fleuves
Africains a. Interactions entre les échelles b.
Usage des sols et changement climatique
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Introduction Plan de l'exposé
Impact du changement climatique sur le cycle de
l'eau en Afrique de l'Ouest
I. Modélisation du changement climatique a.
Méthode d'analyse de simulations couplées b.
Signal et incertitudes II.Représentation du
cycle de l'eau par bassin versant a.
Présentation d'ORCHIDEE b. Incertitudes induites
par le forçage c. Rôle des eaux de
surface III.Variabilité des débits de fleuves
Africains a. Interactions entre les échelles b.
Usage des sols et changement climatique
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Méthode d'analyse de simulations couplées
Schéma d'un Modèle de Circulation Générale
Couplé (CGCM)
Discrétisation à une échelle entre 1,5 et 5
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Méthode d'analyse de simulations couplées
Simulations couplées utilisées pour les analyses
du changement climatique
Simulations couplées - CMIP2 (18 mod.) -
IPCC-AR4 (23 mod) Simulations Niveau de Gaz à
Effet de Serre - 20c3m XXe siècle - sresA2
Forte augmentation - sresA1B Augmentation -
sresB1 Faible augmentation - picntrl
Pré-industriels - 1pctto2x CO2 augmente 1/an
Nécessité d'établir une mesure simple et robuste
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Méthode d'analyse de simulations couplées
Diagrammes Hovmöller (latitude/temps) de
précipitations entre 5W et 5E pour 1979-2000
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(No Transcript)
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Méthode d'analyse de simulations couplées
Climatologie de la latitude du barycentre (20C et
CMAP)
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(No Transcript)
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Signal et incertitudes
Conclusion
Consensus - Bande de précipitations moins
large - Pluies plus intenses dans cette bande -
Retrait tardif de la mousson
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Signal et incertitudes
Conclusion
Incertitudes - Nouveaux constrastes de
températures de mer (SST) en début de
saison - Opposition entre réchauffement moyen
des océans et réchauffement des continents en
milieu de saison - Pas de lien entre qualité
des simulations de contrôle et accord sur le
changement climatique
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Introduction Plan de l'exposé
Impact du changement climatique sur le cycle de
l'eau en Afrique de l'Ouest
I. Modélisation du changement climatique a.
Méthode d'analyse de simulations couplées b.
Signal et incertitudes II.Représentation du
cycle de l'eau par bassin versant a.
Présentation d'ORCHIDEE b. Incertitudes induites
par le forçage c. Rôle des eaux de
surface III.Variabilité des débits de fleuves
Africains a. Interactions entre les échelles b.
Usage des sols et changement climatique
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(No Transcript)
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Présentation d'ORCHIDEE
Le module hydrologique de Choisnel (Ducoudré et
al., 1993) est encore utilisé par défaut dans
ORCHIDEE
Module hydrologique de de Rosnay (1999) CWRR
- Discrétisation de l'équation de Fokker-Planck
(diffusion) sur 11 couches - Profil racinaire à
décroissance exponentielle à partir de la
surface - Plusieurs bilans hydrologiques
sous-maille pour différents types de sol
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(No Transcript)
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Présentation d'ORCHIDEE
Principales améliorations d'ORCHIDEE
Représentation plus fine des processus sous-pas
de temps (d'infiltration et d'évaporation) Intr
oduction de la variabilité sous-maille de
plusieurs paramètres
La nouvelle version de référence est appelée CWRR5
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Présentation d'ORCHIDEE
Carte des surfaces interceptées par 8 stations
de débits de fleuves Africains (d'après
ORCHIDEE)
Dongola
Koulikoro
Luug
Malanville
Kinshasa
Bamboi
Edea
Chiromo
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Incertitudes induites par le forçage
Estimation des incertitudes avec ORCHIDEE
- Forçage atmosphérique NCC (1949-2002) -
Utilisation d'un schéma de routage des fleuves
(pas de temps de 1 jour) - Validation directe
des débits simulés Comparaison à des
observations de débits Choix de 2 couples
d'années resp. humides (54-55) et sèches
(71-72) Objectifs Tester la sensibilité à la
végétation et aux données de précip.
utilisées Comparer à l'erreur moyenne entre
débits observés et simulés Impact d'un
changement de carte de végétation actuelle et
d'un changement des données pluviométriques du
forçage (CRU-IRD) sur les débits simulés?
NCC NCEP Corrected by CRU, Ngo-Duc et al. 2005.
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Incertitudes induites par le forçage
Erreurs et Incertitudes liées au forçage dans
les simulations d'ORCHIDEE
Malanville Niger
Dongola Nil
Edea Sanaga
Luug Jubba
Koulikoro Niger
Kinshasa Congo
Bamboi Volta
Chiromo Shire
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Rôle des eaux de surface
Carte mondiale des eaux de surface
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(No Transcript)
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Rôle des eaux de surface
Incertitudes liées aux eaux de surface dans les
simulations d'ORCHIDEE
Malanville Niger
Dongola Nil
Edea Sanaga
Luug Jubba
Koulikoro Niger
Kinshasa Congo
Bamboi Volta
Chiromo Shire
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Représentation des bassins versants
Conclusion
Améliorations d'ORCHIDEE - Représentation plus
explicite à petite échelle des processus
intermédiaires dans les rétroactions
surface-atmosphère. - Introduction de
paramétristations pour différents types d'eaux de
surface.
Incertitudes majeures 1. Les observations de
précipitations utilisées 2. La carte de
végétation uniquement sur quelques bassins 3. La
représentation des eaux de surface Pour les
grands bassins Les plaines d'inondations Pour
les bassins arides Les petites mares
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Introduction Plan de l'exposé
Impact du changement climatique sur le cycle de
l'eau en Afrique de l'Ouest
I. Modélisation du changement climatique a.
Méthode d'analyse de simulations couplées b.
Signal et incertitudes II.Représentation du
cycle de l'eau par bassin versant a.
Présentation d'ORCHIDEE b. Incertitudes induites
par le forçage c. Rôle des eaux de
surface III.Variabilité des débits de fleuves
Africains a. Interactions entre les échelles b.
Usage des sols et changement climatique
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Variabilité des débits de fleuves Africains
Illustration sur deux bassins guinéens de taille
moyenne
Koulikoro-Niger D1407 m3/s S120 000 km2
Aniassue-Comoe D106 m3/s S67 000 km2
Végétation
Végétation
Actuelle
Potentielle
Actuelle
Potentielle
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(No Transcript)
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Interactions entre les échelles
- Forte corrélation entre précipitation et débit
sur l'ensemble des bassins - Lien entre
précipitation et évaporation plus complexe à
représenter - Quelles autres caractéristiques
que la précipitation moyenne interviennent?
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Interactions entre les échelles
Caractérisation des précipitations par événements
(par jour et par maille) Nombre, Intensité des
événements, Durée de la saison
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Interactions entre les échelles
Liens trouvés entre les caractéristiques et
l'évaporation annuelle (corrélations et
régression multi-linéaire)
Nombre d'événements

Précipitation totale

Durée de la saison
Intensité des événements

-
Evaporation totale
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(No Transcript)
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Usage des sols et changement climatique
L'impact du partage à petite échelle de la pluie
sur ?E et ?R pose 2 questions Quel est
l'impact d'un changement d'usage des sols sur ?E
et ?R ? Est-il plus important que l'impact du
changement de pluviométrie (?P) ?
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Variabilité des débits de fleuves Africains
Conclusion
Lien entre échelles dans ORCHIDEE - Importance
des caractéristiques des événements pluvieux pour
l'évaporation de grande échelle et donc pour la
simulation des débits sur le long terme -
Nécessité d'un modèle qui prend en compte les
phénomènes petite échelle
Impact relatif des changements de pluviométrie et
d'usage des sols sur 50 ans Les résultats
impliquent un impact non significatif du
changement d'usage des sols par rapport au
changement de pluviométrie
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Conclusions
- Changement climatique - accord encore très
faible sur Une mousson moins large, plus
intense et retardée en fin de saison - Les
fleuves Africains - cycle de l'eau fortement
dépendant de Précipitations reçues sur le
bassin (moyennes ET variabilité haute
fréquence) Rôle des inondations dans les grands
bassins et des mares dans les bassins arides -
Variabilité des débits de fleuves, pluviométrie
et usage des sols Importance des
paramétrisations de phénomènes de petite échelle
Impact non significatif de l'usage des sols par
rapport à la pluviométrie
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Perspectives
- Changement climatique Quelles seront les
mécanismes d'interconnections dans un climat
futur? - Processus de surface et
impacts Collaboration entre petite et grande
échelle (paramétrisation adaptées) Effort pour
orienter les travaux dans cette direction ALMIP
(AMMA Land-surface Model Intercomparison
Project) Construction d'un forçage de 50 ans à
partir d'ERA40 GSWP3 pour comparer les réponses
de modèles sur 50 ans? - ORCHIDEE Validation
globale d'ORCHIDEE Impact des plaines
d'inondations sur le cycle hydrologique du bassin
du Parana Rétroactions entre processus
hydrologiques et végétation (couplage avec
STOMATE) Rétroaction des plaines d'inondations
sur l'atmosphère (couplage avec LMDZ) Meilleure
représentation des variabilités sous-maille,
comme celle de la pluie
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Merci de votre attention
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(No Transcript)
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Introduction sécheresse et vulnérabilité
Personnes en situation de stress hydrique dans
les périodes de sécheresse
DIA/Q relative water use
Stress
Source Vörösmarty et al., 2005
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(No Transcript)
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Modélisation de la surface à grande échelle
Altitude (m)
Type de sol
Fin
Moyen
Grossier
Végétation potentielle
Végétation actuelle
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(No Transcript)
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(No Transcript)
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
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Modélisation de la surface à grande échelle
Legende
Répartition de la précipitation par latitude
Sorties de la moyenne multi-modèles de GSWP2
Global Soil Wetness Project II (Dirmeyer et
al., 2002) Projet d'intercomparaisons de LSM
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Modélisation de la surface à grande échelle
Répartition de la précipitation par latitude
Equatoriale
Sorties de la moyenne multi-modèles de GSWP2
Global Soil Wetness Project II (Dirmeyer et
al., 2002) Projet d'intercomparaisons de LSM
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Modélisation de la surface à grande échelle
Répartition de la précipitation par latitude
Guinéenne
Sorties de la moyenne multi-modèles de GSWP2
Global Soil Wetness Project II (Dirmeyer et
al., 2002) Projet d'intercomparaisons de LSM
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Modélisation de la surface à grande échelle
Répartition de la précipitation par latitude
Sahélienne
Sorties de la moyenne multi-modèles de GSWP2
Global Soil Wetness Project II (Dirmeyer et
al., 2002) Projet d'intercomparaisons de LSM
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Modélisation de la surface à grande échelle
Répartition de la précipitation par latitude
Saharienne
Sorties de la moyenne multi-modèles de GSWP2
Global Soil Wetness Project II (Dirmeyer et
al., 2002) Projet d'intercomparaisons de LSM
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(No Transcript)
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Processus de surface
Conclusion
Amélioration d'ORCHIDEE Représentation plus
explicite à petite échelle des processus
intermédiaires dans les rétroactions
surface-atmosphère.
Processus clés Région équatoriale bilan
d'énergie au niveau de la feuille Région
guinéenne infiltration avec la profondeur et les
racines Région sahélienne bilan d'énergie sous
végétation, réinfiltration
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Usage des sols et changement climatique
Difficulté d'évaluer directement l'impact du
changement de végétation
Forçage atmosphérique (vent, humidité, temp.)
Forçage atmosphérique
Forçage atmosphérique

LSM
LAI

Recharge de réservoirs de stockage
LSM
VEG. 1 VEG. 2
VEG. 2
Type de Sol
Débits de fleuves
Débits de fleuves
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Usage des sols et changement climatique
Difficulte d'évaluer directement l'impact du
changement de végétation
Il est nécessaire de - travailler avec des
modèles couplés avec la végétation et
l'atmosphère - d'effectuer de nouveaux
développements du LSM Cette évaluation reste
insatisfaisante à l'heure actuelle Les
incertitudes dépassent largement l'amplitude de
la réponse en terme de débit