Activités du LSCE en Arctique (modélisation)

Ce document est une synthèse des activités de modélisation du LSCE en Arctique


Participants : C. Grenier, C. Ottlé, B. Lansard, C. Rabouille, V. Masson-Delmotte, S. Charbit,
D. Roche, M. Kageyama, M. Roy-Barman, J.C. Dutay, J. Ghrardi, E. Pons-Branchu,
F. Thil, P. Chazette, M. Gehlen, L. Bopp, J. Orr, P. Ciais, G. Ramstein, B.
Bonsang, V. Gros, J.D. Paris, J. Jouzel, C. Waelbroeck, E. Michel, P. Bousquet,
F. Chevallier, A. Landais


Le LSCE (UMR8212) travaille depuis plusieurs années à la
compréhension du rôle de l’Arctique sur le climat global et sur diverses études
régionales d’impacts climatiques et anthropiques. Les travaux en cours et à
venir s’organisent autour de deux grands axes : les études basées sur l’observation
des différents milieux (cryosphère, océan, continent, atmosphère) à différentes
échelles spatiales et temporelles dans l’objectif de documenter et de
comprendre les processus dominants, et le développement de différents outils de
modélisation pour simuler les processus, leurs interactions et leurs
rétroactions sur le climat. Deux zones géographiques font l’objet d’un effort
particulier, le Groenland et la Sibérie.




Un réseau pérenne d’observations
et des campagnes in situ permettent déjà de suivre les évolutions des
différents milieux sur des zones allant du Groenland à la Sibérie en incluant
l’océan Arctique. Nous avons l’objectif de maintenir et intensifier ces réseaux
et campagnes dans les prochaines années. Ces réseaux nous permettront ensuite, de caractériser les
différents compartiments du système couplé Cryosphère-Océan-Terre-Atmosphère.
Cette approche sera complétée par une approche globale grâce au couplage des
modèles de climat disponibles au LSCE (iLOVECLIM et IPSL) avec le modèle de
glace GRISLI. En parallèle de l’observation, seront développés des modèles
destinés à comprendre les processus à fine échelle, qui seront ensuite étendus
à de plus grandes échelles spatiales et temporelles. Ainsi, les mesures
acquises par le traçage isotopique dans l’océan arctique seront utilisées pour
améliorer la représentation du cycle du carbone dans le modèle océan couplé
NEMO-PISCES, les mesures de GES et d’aérosols permettront d’améliorer et d’évaluer
les émissions simulées par le modèle de climat LMDZ avec l’apport additionnel des
mesures isotopiques pour mieux représenter les origines des différents flux. Le
système d’assimilation LMDZ-PYVAR profitera lui aussi de ces nouvelles données
qui permettront de mieux contraindre et différencier l’origine et la nature des
sources émettrices. Plusieurs projets nous permettront d’étudier les couplages /
rétroactions à grande échelle impliquant calottes, glace de mer, climat,
réchauffement du pergélisol et gaz à effet de serre. Le rôle de la circulation
océanique sur la stabilité des calottes marines en période glaciaire et leur
impact sur les cycles de l’eau et du carbone arctique, seront étudiés. On
s’intéressera aussi aux rétroactions des calottes arctiques sur le niveau marin
et sur la composition des benthiques marins. Parallèlement, on poursuivra les
développements autour du modèle bio-géophysique et bio-géochimique d’écosystèmes
ORCHIDEE et son évaluation avec l’ensemble des données disponibles. Plusieurs
applications seront ensuite mises en œuvre pour étudier les rétroactions et les
couplages avec l’atmosphère, et pour mener des études spécifiques de
vulnérabilité, soit à des évènements extrêmes comme les feux de forêts, soit à
des tendances à plus long terme (comme la fonte des calottes et des
pergélisols). Un compartiment particulièrement important en termes de feedback
climatique est le carbone des pergélisols (2 fois la masse de l’atmosphère)
dont la vulnérabilité sera simulée pour différents scénarios climatiques. Les
études paléo-climatiques nous permettront de nous appuyer sur une compréhension
des climats passés (exemple de l’étude de l’impact de l’ouverture du détroit de
Framm et de son approfondissement sur la circulation océanique et le climat)
pour mieux simuler le climat futur.



Deux zones atelier émergent et
font le lien entre les approches d’observation et de simulation à différentes
échelles spatiales et temporelles :


-Le Groenland où l’on poursuivra
les travaux de caractérisation du climat passé à l’aide des carottes de glace forées
au Nord-Ouest (NEEM) et au Sud (Ivittuut) de l’île et en mettant en place des
observations de suivi de la composition isotopique de la vapeur d’eau qui permettront
de mieux comprendre les circulations atmosphériques régionales et les flux aux
interfaces en particulier en présence de neige en relation avec le
métamorphisme. Des perspectives d’évaluation et d’amélioration des modèles
atmosphériques incluant les isotopes (LMDZiso et ECHAM5iso) sont envisagées.


-La Sibérie est une autre région
du monde qui fédère plusieurs équipes du LSCE, avec des travaux plus orientés
sur le suivi des gaz traces dans l’atmosphère et les impacts de l’évolution présente
et future du climat. Quelques zones
atelier à l’échelle régionale et l’étude d’unités du paysage à l’échelle du
bassin versant (en Yakoutie en particulier) permettront de documenter
différentes variables hydrologiques, bio-géophysiques et atmosphériques, comme
les pergélisols, l’hydrologie, la
végétation et les GES, et de développer de nouveaux modèles pour mieux
représenter ces processus et leurs rétroactions sur le climat. Plusieurs études
d’impacts seront menées avec ces nouveaux outils.

Collaborations nationales: IDES (F. Costard, C. Marlin),
LOCEAN (D. Cardinal, F. Vivier), LGGE
(G. Krinner), LMD (C. Risi), C NRM (B. Decharme, C. Delire, E. Brun), UVSQ
(M. Sourdeval, I. Brianso), PRODIG (N. Delbart), LEGOS (A. Kouraev)


Collaborations
internationales : Permafrost Institute (A. Fedorov, P.
Konstantinov), AWI ( H. Lantuit, J. Boike, B. Heim), Vienna Univ. (A.
Bartsch), Sherbrooke Univ. (A. Royer), Yekaterinburg Univ. (V. Zakharov, V. Valdayskikh), Stockholm Univ. (P. Kuhry), Bejing Univ.
(S. Piao), Permafrost US Thematic network (D. Mc Guire, T. Schuur).