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Changement climatique dans le système de Humboldt (Peru  Chile Climate Change)

Régionaliser les simulations globales avec scénarios climatiques pour mieux comprendre les  tendances de l’upwelling dans la région du Pérou/Chili

L'Océan côtier ne représente que 10% de la surface totale des océans et une part négligeable de leur volume total. Il concentre en revanche des activités économiques importantes, en particulier celles liées à la pêche. Parmi ces régions, les zones d'upwelling (remontée d’eau froide) ont une intérêt particulier parce qu’elles sont les plus productives en terme de pêche et pourraient influencer le climat global. Evaluer comment la circulation océanique de ces régions va évoluer dans un climat chaud est une question prioritaire pour la société et la communauté scientifique. Le projet PCCC s’est intéressé au système de Courants de Humboldt (côte Pérou-Chili), la zone d’upwelling la plus productive au monde. L’approche mise en œuvre s’est appuyée sur la modélisation océanique haute-résolution et les méthodes de régionalisation statistiques pour fournir des simulations océaniques régionales réalistes de l’évolution de l’upwelling côtier dans un climat en réchauffement. Les résultats ont permis de relier l’évolution de la variabilité équatoriale (en particulier celle associée aux événements El Niño) aux tendances de l’upwelling côtier ainsi que d’évaluer les limites actuelles des méthodes de régionalisation pour l’étude de l’impact du changement climatique dans ces régions.

Régionalisation statistique et dynamique : des réanalyses atmosphériques et océaniques aux simulations climatiques avec scénario de réchauffement

La régionalisation océanique se base sur un modèle océanique haute-résolution (projet ROMS_Agrif, www.romsagrif.org) forcé aux frontières ouvertes par les produits de simulations globales et à l’interface air-mer par des forçages atmosphériques eux-mêmes régionalisés. Notre méthodologie était donc constituée de deux étapes : Une première étape qui tire partie d’une méthode statistique et des observations pour fournir des forçages atmosphériques à résolution suffisante pour appréhender de manière réaliste les mécanismes de l’upwelling (pompage et transport d’Ekman) et une seconde étape qui utilise ces forçages pour contraindre un modèle dynamique de la circulation océanique. La quantification des incertitudes des projections régionales atmosphériques réalisées a été permise grâce à l’utilisation de simulations d’ensemble (12 modèles globaux du projet CMIP3- phase 3 d’intercomparaison des modèles couplés dans le cadre du GIEC ont été utilisés). Le projet s’appuyait aussi sur une composante observationnelle (données in situ et satellitaires) pour la validation des modèles régionaux et l’interprétation des tendances (données « proxys » obtenues à partir de carottes sédimentaires prélevées au large du Pérou).

Legende: Conditions « typiques » (composites) de la température de surface de la mer simulées par un modèle océanique haute-résolution (ROMS au 1/12°) pour la période 1958-2008 pendant les événements El Niño dits « classiques » (ou El Niño du Pacifique Est) et pendant les événements El Niño dit « Modoki » (ou El Niño du Pacifique Central) pour la saison Mars-Avril-Mai. La simulation océanique est forcée par les produits de vent régionalisés à partir des réanalyses atmosphériques NCEP selon la méthode de Goubanova et al., (2011) et par la réanalyse océanique SODA aux frontières ouvertes (Adapté de Dewitte et al., 2012).

Le projet PCCC « Peru Chile Climate Change » est un projet de recherche fondamentale coordonné par le LEGOS (Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales). Il associe le laboratoire LOCEAN (Laboratoire d’Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques), l’IGP (Institut de Géophysique du Pérou), l’IMARPE (Institut des Mer du Pérou) l’Université de Conception au Chili. Le projet a débuté en janvier 2006 pour une durée de 36 mois. Il a bénéficié d’une aide de l’ANR de 120 k€ pour un coût global de 350 k€.

Résultats majeurs

Le projet a fourni pour la première fois des projections océaniques régionales pour le système de Humboldt aussi bien pour les conditions contemporaines que pour le climat futur. Ces simulations ont permis de mieux comprendre la sensibilité du système de courant côtier à l’évolution de la circulation atmosphérique grande échelle ainsi qu’aux changements de propriété des événements El Niño. Les résultats appellent aussi à mieux prendre en compte l’effet du couplage océan-atmosphère à l’échelle régionale pour régionaliser les simulations climatiques globales. De manière générale, le projet PCCC a permis de consolider les collaborations entre chercheurs français, péruviens et chiliens, et de structurer la communauté nationale autour de la question du changement climatique dans cette région.

Production scientifique

- Goubanova K. and C. Ruiz, 2010: Impact of climate change on wind-driven upwelling off the coasts of Peru-Chile in a multi-model ensemble. "Climate variability in the tropical Pacific: mechanisms, modeling and observations" (Edited by Y. duPenhoat and A. V. Kislov), Moscow, Maks-Press, p. 194-201.

- Goubanova K., Echevin V., Dewitte B., Codron F., Takahashi K., Terray L., Vrac M., 2011. Statistical downscaling of sea-surface wind over the Peru-Chile upwelling region: diagnosing the impact of climate change from the IPSL-CM4 model. Clim. Dyn., doi: 10.1007/s00382-010-0824-0.

- Gutierrez D., I. Bouloubassi, A. Sifeddine, S. Purca, K. Goubanova, M. Graco, D. Field, L. Mejanelle, F. Velazco, A. Lorre, R. Salvatteci, D. Quispe, G. Vargas, B. Dewitte and L. Ortlieb, 2011:  Coastal cooling and increased productivity in the main upwelling zone off Peru since the mid-twentieth century. Geophys. Res. Lett., 38, L07603, doi:10.1029/2010GL046324.

- Dewitte B., J. Vasquez, K. Goubanova, S. Illig, K. Takahashi, G. Cambon, S. Purca, D. Correa, D., Gutierrez, A. Sifeddine and L. Ortlieb, 2012. Change in El Niño flavours in 1958-2008: Implications for long term upwelling trend off Peru. Deep Sea Res., doi:10.1016/j.dsr2.2012.04.011.

- Echevin V., Goubanova K., Belmadani A., Dewitte B., 2012. Sensitivity of the Humboldt current system to global warming: A downscaling experiment with the IPSL_CM4 model. Clim. Dyn., doi:10.1007/s00382-011-1085-2.

- Cambon G., K. Goubanova, P. Marchesiello, B. Dewitte, S. Illig, and V. Echevin, 2013: Assessing the impact of downscaled winds on a regional ocean model simulation of the Humboldt system, Ocean Modelling, 65, 11-24.

Contact : Boris.Dewitte@ird.fr