Thèse Sorbonne Université: Climat Et Assimilation - Paris e, France - CNRS-LOCEAN

Description

Cette thèse vise à une meilleure compréhension du rôle des mécanismes de la variabilité interne de l'océan et des forçages naturels (volcans, irradiance solaire) et anthropiques dans les changements climatiques reconstruits au cours des 1500 dernières années à différentes échelles spatiales et temporelles. Ce projet s'appuie spécifiquement sur un nouveau filtre à particules pour l'assimilation des données issues d'archives naturelles (ou proxys de la base de données Pages2K) dans le modèle couplé de circulation générale océan-atmosphère de l'IPSL. Une telle reconstruction du climat couvrant les 1500 dernières années, de l'an 500 AD à 2014 permettra, en plus de fournir une nouvelle façon d'initialiser les modèles climatiques pour étudier la période 'historique', de découvrir de nouveaux mécanismes qui sous tendent la variabilité climatique naturelle et de nouvelles sources de prévisibilité qui pourraient entrer en actions dans les années ou le siècle à venir.

L'objectif double de cette thèse sera d'une part de mettre en oeuvre des méthodes de diagnostiques physiques et statistiques originales, afin d'assimiler des données proxys dans le modèle de l'IPSL et obtenir des reconstructions cohérentes d'un point de vue physique du climat des 1500 dernières années. Associée à l'analyse de grands ensembles de simulations « libres » réalisées dans le cadre des projets PRACE et DARI ASSIM2K en cours de finalisation avec le modèle IPSL-CM6ALR et couvrant les 1500 dernières années (500 AD - 2014, un ensemble avec tous les forçages naturels et anthropiques, un ensemble avec le forçage volcanique ou solaire uniquement), une telle reconstruction permettra d'autre part, de mieux contraindre l'évolution de la circulation océanique simulée, détecter et attribuer le rôle des forçages externes, et celui des échanges entre océan, atmosphère et cryosphère dans les changements climatiques majeures des siècles passés. Ce travail de thèse, permettra d'évaluer l'influence des biais des modèles dans les trajectoires simulées et d'identifier les mécanismes qui sous tendent la variabilité climatique naturelle aux échelles décennales à séculaires qui pourraient entrer en actions dans les années ou le siècle à venir.
Si le réchauffement climatique récent a été attribué sans ambiguïté aux facteurs anthropiques, on ignore toujours dans quelle mesure les anomalies climatiques observées au cours de périodes climatiques passées, avant 1850, peuvent être attribuées à la variabilité climatique interne générée par les interactions spontanées entre ses composants, ou à l'impact des forçages naturels (e.g. volcans, irradiance solaire, GHG, poussières). La variabilité climatique interne peut également masquer ou renforcer les tendances récentes au réchauffement, ce qui complique l'évaluation de la sensibilité du climat à partir des observations instrumentales. Il est toutefois possible d'étendre considérablement
dans le temps la fenêtre d'observations à l'échelle régionale. Les variables climatiques déduites des archives naturelles (e.g. mesures isotopiques dans les coraux, spéléothèmes, etc.) collectées à la surface du globe et documentant les 2000 dernières années révèlent la très large gamme du spectre de la variabilité climatique de l'échelle interannuelle à séculaire qui n'est pas observée sur la courte fenêtre de la période instrumentale (consortium PAGES2K, 2019).
La comparaison des reconstructions de température aux résultats des modèles CMIP6 (Coupled Model Intercomparison Project, phase 6; Eyring et al révèle l'influence majeure du forçage volcanique avant le 20e siècle (e.g., Khodri et al, 2017; McGregor et al, 2020; Fang et al., L'activité solaire estimée est cependant peu contrainte, avec de nombreuses incertitudes sur les processus par lesquels un forçage avec une variabilité aussi faible peut affecter les variations du climat (e.g., Meehl et al., La signature spatiale des anomalies climatiques reconstituées à partir des données proxys suggère également un rôle important des échanges air-mer associés à la variabilité interne à basse fréquence de la circulation océanique, bien que celle-ci n'ait pas été correctement reconstituée et étudiée jusqu'à présent. Ces observations soulèvent également la question des conséquences de cette variabilité climatique passée sur les sociétés humaines et leur adaptation. Ce constat souligne le besoin de mieux exploiter les séries climatiques issues d'archives naturelles pour déduire des reconstructions spatialisées et cohérentes d'un point de vue physique.
L'assimilation de données paléoclimatiques (en anglais, Proxy Data Assimilation, PDA) dans des modèles de climat offre en ce sens un moyen puissant d'étendre la période instrumentale et de mieux