D7 Réanalyse et produits intégrés

Topique

La réanalyse climatique est une reconstruction rétrospective du système climatique qui combine des observations historiques de surface et satellitaires avec des modèles numériques utilisant des techniques d'assimilation de données. Il en résulte un champ tridimensionnel et continu dans le temps de variables telles que la température, le vent, l'humidité et la pression, représentées sur une grille régulière. Ainsi, la réanalyse fournit des valeurs pour tout point et tout instant dans sa zone de couverture, même là où les observations directes n'étaient pas disponibles.

La réanalyse atmosphérique de référence actuelle s'étend de 1940 à nos jours, avec une résolution horizontale d'environ 31 kilomètres et 137 niveaux verticaux répartis dans toute la colonne atmosphérique. D'autres organismes ont également développé des réanalyses indépendantes aux caractéristiques comparables. La disponibilité de plusieurs produits permet de comparer leurs reconstructions : les régions ou périodes présentant de plus grandes différences indiquent une plus grande incertitude quant à l'état climatique reconstitué.

La réanalyse océanique applique le même principe à l'océan. Elle combine des modèles numériques avec les observations disponibles, notamment les profils de température et de salinité obtenus par des flotteurs sous-marins autonomes et des campagnes océanographiques. Cette intégration aboutit à une représentation tridimensionnelle continue de la température, de la salinité et des courants, incluant également les régions sans mesures directes.

La technique fondamentale de construction de ces produits est l'assimilation de données. À chaque étape, la prévision fournie par le modèle, appelée état de référence, est combinée aux observations disponibles afin d'obtenir une estimation améliorée de l'état du système, appelée état d'analyse. Les méthodes modernes visent à équilibrer ces deux sources d'information, en tenant compte de leurs incertitudes respectives.

L'une des principales techniques est l'assimilation variationnelle quadridimensionnelle. Celle-ci minimise une fonction de coût qui pénalise à la fois l'écart entre l'état d'analyse et l'état de référence, et l'écart entre l'état d'analyse et les observations. De plus, elle exige que l'évolution résultante soit compatible avec les équations du modèle sur toute la période considérée. Ainsi, une observation isolée et peu fiable n'oblige pas l'état d'analyse à s'écarter excessivement de l'état fourni par le modèle : le poids de chaque point de données dépend de sa fiabilité. Parallèlement à la réanalyse, il existe des produits de précipitations intégrés qui utilisent une logique de combinaison de données similaire. Ces produits combinent des mesures satellitaires (radar et radiomètres micro-ondes passifs) avec des relevés pluviométriques au sol. Les satellites offrent une couverture spatiale étendue, tandis que les pluviomètres fournissent des mesures ponctuelles précises. Les algorithmes de fusion exploitent ces deux avantages pour produire des estimations globales des précipitations avec des fréquences aussi basses qu'une demi-heure et des résolutions spatiales de l'ordre du dixième de degré – des caractéristiques qu'aucune de ces sources ne pourrait fournir individuellement.

Un autre produit intégré est la base de données d'indices climatiques extrêmes. Celle-ci utilise des observations quotidiennes pré-homogénéisées pour calculer des indicateurs standardisés, tels que les percentiles de température, le nombre de jours de gel, la durée des vagues de chaleur et les maxima de précipitations. La pré-homogénéisation vise à générer des séries temporelles comparables avant de les utiliser pour caractériser le changement climatique et les extrêmes.

Ensemble, la réanalyse atmosphérique et océanique, les produits de précipitations intégrés et les bases de données d'indices extrêmes transforment des observations éparses et incomplètes, issues de différents instruments, en représentations cohérentes du système climatique. La réanalyse utilise la modélisation et l'assimilation pour reconstruire des champs continus ; les produits de précipitations fusionnent les données satellitaires et au sol ; et les bases de données d'indices traitent des séries homogénéisées pour décrire les extrêmes. Leur fonction commune est de fournir une vision spatiale et temporelle complète et cohérente du climat, qu'aucune observation isolée ne pourrait offrir.

ID:906