Anthony Charles ENS-Lyon/Ifé Delphine Sommier ENS-Lyon/Ifé Gérard Vidal Responsable de collection ENS de Lyon / Ifé 2015-11-12 2015-11-12 Ce livret est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International Le portail Drias les futurs du climat (Donner accès aux scénarios climatiques Régionalisés français pour l’Impact et l’Adaptation de nos Sociétés et environnement) a été développé par Météo-France en collaboration avec les chercheurs des laboratoires français et en étroite association avec des utilisateurs issus de collectivités territoriales, du monde de la recherche, de grands groupes industriels ou de PME, de bureaux d’études ou d’associations. Ce portail a pour vocation de mettre à disposition des projections climatiques régionalisées réalisées dans les laboratoires français de modélisation du climat (IPSL, CERFACS, CNRM-GAME) pour les scénarios les plus récents (RCP) présentés dans le dernier rapport du GIEC. Les informations climatiques sont délivrées sous différentes formes graphiques ou numériques. Cet atelier a été conçu et réalisé pour les journées Formaterre 2015 Dans un premier temps, vous utiliserez Drias afin d’appréhender ce qu’est un modèle climatique régional et d’obtenir les grandes tendances d’évolutions de la température en France d’ici 2100. Vous comparerez les projections climatiques issues de plusieurs modèles régionaux afin d’aborder les incertitudes inhérentes à l’utilisation des modèles climatiques. Dans un second temps, Drias vous permettra de simuler l’évolution de plusieurs indicateurs de réchauffement climatique (humidité des sols, vagues de chaleur…) et leurs impacts sur le développement d’insectes ravageurs (conséquences sur le nombre de degrés-jours de croissance et leur répartition). Delphine Sommier ENS-Lyon/Ifé Supports : Portail Drias et document : les scénarios RCP Suivre le protocole 1 pour obtenir le calcul des températures moyennes annuelles en France d’ici 2100, à partir du modèle climatique régional ALADIN de Météo-France, pour les différents scénarios RCP d’émissions de gaz à effet de serre. Compléter le document 1. *Aire Limitée Adaptation dynamique Développement InterNational Décrire les grandes tendances des variations de température obtenues, selon les différents scénarios RCP. Comparer le réchauffement régional (=échelle de la France) calculé par le modèle ALADIN pour le RCP2.6 en 2100, au réchauffement global (=à l’échelle de la Terre), calculé grâce à une vingtaine de modèles climatiques globaux (Cf. document les scénarios RCP) pour les mêmes conditions. Projection climatique (Climate Projection) : Projection de la réponse du système climatique aux scénarios d’émissions ou de concentration de gaz à effet de serre et d’aérosols, ou de scénarios de forçage radiatif, souvent fondée sur des simulations par des modèles climatiques. Modèle climatique : Représentation numérique du système climatique basée sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques de ses composants, leurs processus d’interaction et de rétroaction, et représentant la totalité ou une partie de ses propriétés connues. […]. Des modèles de circulation générale couplés Atmosphère-Océan-Glacemarine (MCGOA) fournissent une représentation générale du système climatique. Il existe une évolution vers des modèles plus complexes à chimie et biologie actives (GIEC,2007). Modèle climatique régional OU Modèle à aire limitée : Modèle atmosphérique à haute résolution sur une zone géographiquement restreinte, forcé à ses extrémités par les sorties d'un Modèle de Circulation Générale Océan-Atmosphère (MCGOA) (Par exemple : le modèle Aladin forçé par le MCGOA Arpege). Accéder au portail Drias : http://www.drias-climat.fr/ Dans la page « Espace Découverte », choisir « Parcours Initiation » puis sélectionner « Température » Les cartes affichent la distribution spatiale sur la France, des anomalies de Température moyenne annuelles (= valeur de référence et écart à cette valeur), par horizon, et pour les 3 scénarios RCP. Cliquer sur une carte, lire son titre pour comprendre les données simulées. Dans le bandeau à droite, dans la rubrique Représentation sélectionner « Isolignes » (=lignes de même anomalie de température moyenne annuelle) et moduler l’opacité pour une meilleure lisibilité. Repérer l’échelle de couleur qui indique l’augmentation des températures par rapport à la période de référence (1976-2005) calculée par le modèle. Avec la souris, le passage sur la carte montre les coordonnées des points pour lesquels le modèle à calculé le paramètre climatique demandé.

2015-11-12 Delphine Sommier Capture mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International Source : Portail Drias http://www.drias-climat.fr/

Capture mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International. 2015 Delphine Sommier Source : Portail Drias http://www.drias-climat.fr/

Dans un modèle climatique, on découpe la surface terrestre et une colonne d’atmosphère (sur 70 km d’altitude) en petites boîtes de forme rectangulaires : les mailles du modèle. Le programme informatique du logiciel calcule la valeur du paramètre climatique demandé au sein de chaque maille, à intervalles de temps réguliers (en fonction de la puissance informatique dont on dispose). La précision de simulation du modèle climatique s’évalue par la résolution spatiale (=distance linéaire entre 2 points géographiquement distincts, pour lequel le modèle réalise le calcul d’un paramètre climatique) et la résolution temporelle (plus petit intervalle de temps qui séparent 2 calculs d’un même paramètre climatique pour un même point) Suivre le protocole 2 pour obtenir la résolution spatiale et la résolution temporelle du modèle climatique régional ALADIN. Comparer ces valeurs à celles d’un modèle global. Informations : Longueur du côté de la maille d’un modèle climatique global : env. 50-150 km; résolution temporelle maximale : 15 min. Cliquer sur une carte au hasard, puis, dans le bandeau de droite, dans la rubrique « Zones géographiques » sélectionner : « Domaine personnalisé ». Tracer avec la souris un carré d’environ 1cm/1cm sur la région Rhône-Alpes. Zoomer davantage si nécessaire pour visualiser les surfaces horizontales des mailles du modèle. En bougeant la souris sur la région, vous visualisez les positions GPS (Latitude/Longitude) des points pour lesquelles le modèle a calculé une anomalie de température. Noter les coordonnées GPS d’un premier point (point A) pris au hasard puis les coordonnées GPS du point qui semble « le plus proche » (point B), dans la maille adjacente. Aller sur le site LEXILOGOS (http://www.lexilogos.com/calcul_distances.htm), inscrire les coordonnées GPS des points A et B pour obtenir la distance linéaire (en Km) qui les sépare. Lire dans le bandeau de droite, dans la rubrique « Pas de temps », la résolution temporelle « apparente » du modèle.

2015-11-12 Delphine Sommier Capture mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International Source : Portail Drias http://www.drias-climat.fr/

Modèle ALADIN de Météo-France et Modèle WRF de l’IPSL (Institut Pierre Simon Laplace) Delphine Sommier ENS-Lyon/Ifé Suivre le protocole 3 pour obtenir le calcul des températures moyennes annuelles en France d’ici 2100, à partir du modèle climatique régional WRF* de l’IPSL, pour les scénarios RCP 4.5 et 8.5. Compléter le document 2. *Weather Research and Forecasting Les projections climatiques issues d’un modèle correspondent-elles à la réalité ? Argumenter. Dans la page « Espace Découverte », choisir « Parcours expert - Exploration» puis sélectionner : Thème de la modélisation : Atmosphérique Famille de : Scénarios RCP (GIEC AR5, 2014) Domaine géographique : Métropole Valider. Dans la page « Simulation climatique avec plusieurs expériences pour la métropole », sélectionner pour les rubriques : Mode d'exploration : Multi-expériences-modèles / 1 indice / 1 scénario 2. Indices : Anomalies de température moyenne -°C Choix du pas de temps : Année Horizon temporel : Horizon proche et Horizon lointain Scénarios d'émissions : RCP4.5 Expériences/Modèles : Météo-France - France CNRM : modèle Aladin Et IPSL-INERIS - France LSCE : modèle WRF A l’écran s’affichent les cartes des simulations des anomalies de températures moyennes, calculées par les deux modèles climatiques régionaux (Aladin et WRF). Compléter dans le document 2 les anomalies de températures calculées par le modèle WRF. Refaire la même procédure en sélectionnant le RCP 8.5. Un modèle climatique est un logiciel dont le programme de calcul des paramètres climatiques a été établi par des équipes de chercheurs. Ce programme de calcul intègre les équations qui reproduisent les phénomènes atmosphériques et océaniques qui gèrent le climat et qui permettent de calculer température, pression, humidité, densité, salinité, vitesse… en un point particulier et à un instant donné. De plus, pour chaque maille, on fixe les conditions initiales des paramètres climatiques avec lesquels l’ordinateur va travailler [si on a affaire à une terre émergée ou à de l'eau, éventuellement quel type de végétation l'occupe, quelle est la température moyenne de départ, la pression, l'humidité, la salinité pour l'eau de mer, la couverture nuageuse, le vent, et plus généralement on initialise tous les paramètres utilisés] La formation des nuages est un phénomène physique particulièrement difficile à mettre en équation. Or, les nuages jouent un rôle majeur dans la machine climatique. On estime que 70% de la dispersion entre les modèles climatiques correspondrait à l’incertitude liée à la modélisation de la formation des nuages. Source : interview Alain Brisson Météo-France et Site Manicore

2015-11-12 Delphine Sommier Capture mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International Source : Portail Drias http://www.drias-climat.fr/

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Delphine Sommier ENS-Lyon/Ifé Lire le document sur les incertitudes, visualiser en suivant le protocole 4 les résultats de simulation de températures en 2100 selon le RCP8.5 du modèle Aladin et de 11 autres modèles européens. La représentation des incertitudes apparaît comme un élément clé pour la communication des résultats de projections climatiques. Il y a 3 sources d’incertitude majeures : l’incertitude liée aux scénarios d’émission de gaz à effet de serre, l’incertitude liée aux modèles climatiques, l’incertitude liée à la variabilité naturelle du climat. Représentation des incertitudes : Le quantile est un outil statistique permettant de décrire l’ensemble des valeurs d’un paramètre simulées par plusieurs modèles de climat, et notamment la répartition de cet ensemble. Certains quantiles ont des noms particuliers : C25 : 25e centile : seuil en dessous duquel 25% des valeurs de l'ensemble des projections sont situées C50 ou médiane : seuil en dessous duquel 50% des valeurs de l'ensemble des projections sont situées C75 : 75e centile : seuil en dessous duquel 75% des valeurs de l'ensemble sont situées Source : Extraits remaniés de l’article sur les incertitudes dans Drias : http://www.drias-climat.fr/accompagnement/section/177 Refaire les mêmes étapes que dans le protocole 3 en modifiant : Mode d'exploration : Comparaison d' une expérience-modèle avec les produits de distribution Indices : Anomalies de température moyenne -°C Choix du pas de temps : Eté Scénarios d'émissions : RCP8.5 Expériences/Modèles : Météo-France - France CNRM : modèle Aladin Produits de distribution : sélectionner 25eCentile, Médiane, 75èCentile Valider A l’écran s’affichent les simulations des anomalies de températures moyennes en France, calculées par Aladin et les résultats de 11 autres modèles climatiques régionaux, répartis en centiles.

2015-11-12 Delphine Sommier Capture mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International Source : 4ème volume du rapport : « Climat de la France au XXIème siècle » dirigé par Jean Jouzel http://www.developpement-durable.gouv.fr/Volume-5-Changement-climatique-et.html

QUESTION 1. D’après le tableau ci-dessus, l’incertitude autour de l’évolution de la température : est plus marquée à l’horizon 2050 que vers 2100 est plus marquée à l’horizon 2100 que vers 2050 est plus marquée en 2100 pour le RCP 2.6 est plus marquée en 2100 pour le RCP 8.5 QUESTION 2. D’après le tableau ci-dessus, l’incertitude autour de l’évolution de la température à l’horizon 2100 est liée : uniquement à un écart plus élevé entre les scénarios au hasard à un écart plus élevé entre les scénarios et au modèle Aladin à un écart plus élevé entre les scénarios et à une dispersion plus élevée parmi les modèles. Projections climatiques et conséquences potentielles sur la relation Typographe (Ips typographus) / Epicéa (Picea abies) Anthony Charles IFE ENS de Lyon Portail Drias (Espace Découverte /Parcours Expert / Thèmes modélisation atmosphérique et/ou modélisation des impacts) Fichiers Excel, Evolution températures moyennes en France (1900/2014), Données retravaillées, Données brutes Indice de sécheresse SWI en France (1959/2014), Données retravaillées, Données brutes Paramètres de reproduction du scolyte typographe, Données retravaillées Relevés de degrés-jours de croissance dans 2 stations différentes (Lyon-Bron et Bourg-Saint-Maurice),Données retravaillées Fiche d’identité du scolyte typographe, Ips typographus, Fiche conséquences des attaques du scolyte typographe sur l’épicéa, Fiche définitions (voltinisme, degrés-jours de croissance et indice de sécheresse), Bibliographie au format .doc Bibliographie au format .pdf Montrez, à l’aide des fichiers Excel et des documents annexes, que les capacités de pullulation du scolyte typographe sont renforcées par l’évolution des paramètres climatiques actuellement perçues. Utilisez l’ensemble des supports fournis afin de montrer comment la relation entre le typographe et l’épicéa peut être amenée à évoluer en fonction des modifications prévues dans les projections climatiques. L’épicéa commun Picea abies est une des essences les plus utilisées en reboisement. Il est particulièrement sensible à l’attaque d’insectes xylophages notamment à celle du scolyte typographe, Ips typographus. Le Typographe, dont l’imago mesure de 4 à 6 mm, s’attaque préférentiellement à l’épicéa mais peut éventuellement vivre sur divers Pins, Sapins ou Mélèzes.

2015-11-12 Udo Schmidt Illustration mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

2015-11-12 James K. Lindsey Illustration mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Si certaines espèces ne s'attaquent qu'à des arbres morts ou déjà envahis par d'autres Scolytes, le typographe s'installe sur des tiges vivantes et s’attaquent à des arbres dont les tissus conducteurs de sève élaborée sont fonctionnels. Le plus souvent, le typographe envahit des arbres présentant une déficience passagère. Les tiges seront condamnées pour la plupart alors, qu’en absence d’attaque, elles auraient survécu à cette faiblesse temporaire. Le succès d'une attaque dépend notamment du nombre d'envahisseurs potentiels qui s’avèrent sensibles aux phytohormones émises par les arbres déshydratés, blessés ou affaiblis. Les adultes et des nymphes passent l'hiver en état de torpeur. A partir d’avril, une succession de 2 à 3 journées ensoleillées à plus de 20°, sans gelée la nuit, suffit généralement à induire le vol des hivernants et les premières colonisations d’épicéa. La température joue donc un essentiel dans la régulation de l’essaimage. Le mâle perce l'écorce, y forant un trou d'entrée suivi d'un canal de pénétration avant de créer une petite cavité dite chambre d’accouplement. II y attire alors les femelles par émission de phéromones. Une fois fécondée, chaque femelle creuse à partir de la chambre d'accouplement une galerie longiligne, dite galerie maternelle, orientée parallèlement au grand axe du tronc. Elle consomme la sève élaborée et détruit le phloème au cours de sa progression. A intervalles plus ou moins réguliers, elle dépose des œufs dans des encoches. Les larves, pour se nourrir, vont à leur tour creuser devant elles des galeries grossièrement perpendiculaires à la galerie maternelle dans lesquelles elles se développeront. La galerie larvaire se termine par un petit espace, appelé « loge nymphale », dans laquelle s'effectue la nymphose et où apparaît l’imago. Certains adultes peuvent, leur première ponte effectuée, quitter leurs galeries pour essaimer une deuxième fois et pondre à nouveau, puis une troisième fois.

2015-11-12 Jiří Berkovec Illustration mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

2015-11-12 Tõnu Pani Illustration mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

2015-11-12 Tõnu Pani Illustration mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Partage dans les mêmes conditions 4.0 International

Il s’agit du nombre de générations réalisées par une espèce d’insecte sur une année. Selon l’espèce, on note des cas de figure très différents : Espèce semivoltine : il faut plus d'un an pour qu'une génération se développe Espèce univoltine : une seule génération par an, Espèce plurivoltine : 2 générations ou plus par an. Il s’agit de l’unité utilisée pour caractériser l’effet des températures au cours du temps sur le développement et la croissance des insectes ou des végétaux. Pour calculer la valeur du nombre de degrés jour, il faut tout d’abord établir la température de base (seuil) au dessus de laquelle l’individu se développe. (7 °C pour le typographe), puis noter les températures maximale et minimale d'une journée. La valeur du degré-jour se calcule de la façon suivante : Des études en laboratoire ont montré que le développement de l’œuf à l’adulte était 2,8 fois plus rapide à 30° qu’à 15° (Wermelinger et Seifert, 1998). En sommant le nombre de degrés au-dessus du seuil d’activité de l’insecte pour chaque journée (5 à 7 °), on obtient le nombre de degrés-jours nécessaires pour son développement. Il est pour le typographe de l’ordre de 350 degrés-jours au-dessus du seuil de 7° auquel il faut ajouter une période d’activité du nouvel adulte pour qu’il puisse acquérir la totalité de ses capacités de reproduction (période de repas de maturation). Cette période nécessite environ 250 degrés-jours soit un total d’environ 600 degrés-jours pour que la première génération soit en mesure d’entamer une nouvelle phase de reproduction (Netherer, 2001). Selon une étude réalisée pour le compte de l’Office National des Forêts (ONF), la présence du scolyte est fortement corrélée avec la quantité de chaleur cumulée avant la phase nuptiale. En effet, plus le cumul des degrés jours supérieurs à 5°C entre janvier et fin juillet est élevé, plus l’optimum d’accumulation de chaleur est atteint tôt, et plus le réveil des adultes débutent tôt. Le premier vol des insectes s’effectuent alors plus précocement, favorisant la conception d’autres générations, et donc in fine l’attaque des arbres. L’indicateur observé ici est donc le cumul annuel des degrés jours de températures supérieurs à 5°C de janvier à fin juillet. Cependant, la détermination du nombre de générations des scolytes dans la nature est rendue très difficile par l’existence de générations sœurs (c’est à dire issues des mêmes parents. Ces générations sont décalées dans le temps de 3 à 4 semaines ou plus). Il s’agit d’un indicateur de la sécheresse agricole en France métropolitaine depuis 1959, issu des travaux du projet Climsec (Soubeyroux et al, 2012), basé sur l’indice d’humidité du sol, Soil Wetness Index (SWI). Il est calculé comme le pourcentage en moyenne sur l’année de la surface du territoire où l’on a observé des conditions anormales d’humidité du sol. Le critère appliqué est le suivant : Moyenne sur les 12 mois de l’année de la surface du territoire où l’humidité du sol est inférieure au seuil des 10% des humidités du sol les plus faibles que l’on ait observées pour le même mois et au même lieu sur la période 1961-1990 (fréquence d’apparition de l’événement de sécheresse supérieure à 10 ans). Il est défini comme suit : où W est le contenu intégré en eau du sol, Wwilt le contenu en eau au point de flétrissement (1) et Wfc le contenu en eau du sol à la capacité au champ (2). (1) correspond à l’humidité du sol à partir de laquelle le végétal ne peut plus prélever d’eau car la réserve utile en eau du sol a été entièrement consommée. (2) correspond à la capacité de rétention maximale en eau du sol.