Le changement climatique en région de mousson africaine : évolution des champs pluviométriques et atmosphériques dans les simulations CMIP3 et CMIP5 sous scénario A1B et rcp45 (1960-1999, 2031-2070)

The climate change effect on the african monsoon region : evolution of the precipitation and atmospheric fields in the CMIP3 and CMIP5 simulations under the AIB and rcp45 scenario (1960-1999, 2031-2070)

• Auteur / Autrice : Paul-Arthur Monerie
• Direction : Bernard Fontaine, Pascal Roucou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 18/06/2013
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biogéosciences (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Serge Janicot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Ruti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Lebel, Benjamin Sultan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moussons

Circulation atmosphérique

Pluie

Sahel

Simulation, Méthodes de

Changements climatiques

Mots clés libres

Changement climatique

Mousson africaine

Sahel

Modèles de circulation générale

CMIP3

CMIP5

Scénarios d’émission A1B et rcp45

Climate Change

African Monsoon

Sahel

General Circulation Models

CMIP3

CMIP5

A1B and rcp45 emission scenarios

Résumé

Sur les effets du changement climatique aux échelles globale et régionale. Il montre en particulierqu’aucun consensus ne peut être trouvé pour ce qui concerne l’évolution future de lapluviométrie — et de la dynamique atmosphérique associée — en région de mousson africaine.Ce mémoire revisite cette question à la lumière des nouvelles données disponibles et selon uneapproche évitant toute surreprésentation du nombre de simulations disponibles pour un type demodèle donné, tout en prenant en compte la diversité des modèles ainsi que leur évolution dansle temps : sorties de vingt modèles de circulation générale (MCGs) ayant participé aux exercicesCMIP3 (douze MCGs) et CMIP5 (huit MCGs) sous les scénarios d’émissions A1B et rcp4.5,respectivement. Les sorties sont analysées principalement sur deux fenêtres de quarante ans —périodes actuelle (1960-1999) et future (2031-2070) — et les résultats discutés au regard de leurvraisemblance selon une approche permettant à la fois de quantifier les différences futur moinsactuel, de mesurer les significativités et les robustesses statistiques et d’associer une probabilitémesurant le consensus des modèles en fonction des échelles et des variables considérées.Les analyses menées sur CMIP3 et CMIP5 montrent qu’un consensus sur l’effet du changementclimatique en Afrique de l’Ouest peut être obtenu si l’on ne fait pas de l’ensemble de labande sahélienne une entité homogène et qu’on raisonne à des échelles spatiales inférieures. Lesrésultats révèlent une évolution contrastée entre le centre et l’ouest du Sahel avec, pour le futur(i) une hausse des précipitations au centre s’expliquant surtout par une plus grande convergencedes flux dans les basses couches, ainsi qu’une pénétration plus au nord de la mousson ;(ii) une baisse des précipitations à l’ouest s’expliquant par le renforcement de la circulation detype Walker, du Jet d’Est Africain (JEA) et de la subsidence dans les couches moyennes. Parailleurs, on peut s’attendre à une modification du cycle annuel moyen avec un retrait retardé dela mousson. Ce retard est notamment lié aux apports supplémentaires d’humidité depuis l’Atlantique,dus au renforcement des contrastes thermiques et d’humidité entre océan et continent,mais aussi et surtout aux apports tardifs d’humidité depuis la Méditerranée et au renforcementdes flux de nord en septembre et octobre en direction du Sahel

The fourth IPCC report in 2007 established the synthesis of previously published work onthe effects of climate change on global and regional scales. It shows in particular that no consensuscan be found with regard to the future of rainfall — and atmospheric dynamics- associatedwith region — African monsoon. This dissertation revisits this issue in the light of new dataand using an approach avoiding over-representation of the number of simulations available forone type of model and taking into account the diversity of models and their evolution in time :twenty general circulation models (GCMs) participating in the exercises CMIP3 (twelve GCMs)and CMIP5 (eight GCMs) under the A1B emissions scenario and rcp4.5, respectively. Outputsare analyzed on two 40-year periods, — ‘Present’ (1960-1999) and ‘Future’ (2031-2070) — anddiscussed in terms of likelihood, through an approach allowing us to both quantify differences‘future’ minus ‘present’, measure robustness and statistical significances and associate a probabilitymeasuring the model consensus as a function of scales and variables.Analyzes conducted on CMIP3 and CMIP5 show that consensus on the effect of climatechange in West Africa can be achieved if we do not consider the Sahel as a whole and homogeneousentity but at lower scales. The results show contrasted responses over the centraland western Sahel, with for the future, (i) an increase in precipitation in the central regionexplained primarily by a greater convergence of flow in the lower layers and a most northerlymonsoon penetration over the continent, (ii) a rainfall decrease in the western Sahel explainedby increased Walker-type circulation, African easterly jet and mid-level subsidence. Moreover,we can expect a change in the mean annual cycle of the monsoon season with a delayed withdrawallinked to additional inputs of moisture from the Atlantic due to increasing thermal andmoisture contrasts between ocean and continent but also to a stronger contribution of moisturefluxes in September and October from the Mediterranean into the Sahel