Réponse des fortes précipitations et des sécheresses météorologiques à un accroissement du CO2 atmosphérique et au réchauffement global associé - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Response of heavy precipitation and meteorological droughts to increasing atmospheric CO2 and related global warming

Réponse des fortes précipitations et des sécheresses météorologiques à un accroissement du CO2 atmosphérique et au réchauffement global associé

Amal John
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1222773
  • IdRef : 26745712X

Résumé

Climate change is a challenging and yet a humbling insight provided by science. While the global warming train has left the station with a more than 1K rise in the global mean temperature, we need to ask ourselves the question of what kind of future is up ahead, and what climate “surprises” we have in store? This thesis is a contribution to better quantifying and understanding the global response of extreme daily precipitation intensities to anthropogenic climate change. The words droughts and floods resonate across our disastrous history and our uncertain collective future. Anticipating, mitigating and adapting to such disasters remains a challenge to our shared humanity. In this thesis, I assess future changes in meteorological dry and mostly wet extremes on regional and global scales. The investigation is primarily based on global projections and more idealised climate change experiments conducted in phase 6 of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6). The future changes described in the thesis are mostly based on the highest emission scenarios (SSP5-8.5), which maximises the signal-to-noise ratio, but presumably, provides an unfavourably bleak picture of our future climate (although large model uncertainties can lead to a strong overlap between projections derived from moderate to high-emissions scenarios). In the lead of the 6th Assessment Report of IPCC, future changes in extremes are also investigated at different global warming levels. The extremes considered include the annual maximum daily precipitation intensities (RX1DAY) and meteorological droughts described as consecutive dry days and their annual maximum numbers (CDD). Using some idealised atmosphere-only experiments with the CNRM-CM6-1 and a few other climate models which participated in a CMIP subproject, I first distinguish the various timescales of the annual mean and daily precipitation responses to an abrupt quadrupling of the atmospheric CO2 concentration, especially the fast response to CO2 increase from the slower response to the gradual and uniform versus non-uniform components of the global ocean warming. The response of the dry meteorological extremes is particularly complex and involves multiple timescales and processes which can be highly model-dependent. Even though most CMIP6 models qualitatively agree on the idealized response of RX1DAY to a CO2 increase, I quantify the related uncertainties in a high-emission scenario using a large subset of CMIP6 models and a large ensemble of a single model. The study pays particular attention to both model uncertainties, and the irreducible uncertainties related to internal climate variability. The results illustrate an upper bound of the inter-model spread and estimate a large spread. However, there is a robust enhancement of extreme precipitation with more than 90% of models simulating an increase in the precipitation extremes. I also provide a 5--95% confidence range for projected RX1DAY values at the end of the 21st century and highlight the regions (only 17% of the globe surface) where the changes may not be consistent with the widely used assumption of a Clausius–Clapeyron (CC) rate of ~%/K when scaled by concomitant changes in global mean surface temperature. Finally, I investigate the changes in the seasonality of precipitation extremes, focusing on Europe and the potential contribution of regional changes in atmospheric circulation. My analysis documents a sharper seasonal cycle of extreme precipitation and a shift in its seasonality. To better understand the mechanisms that cause the change in seasonality, I analyse the possible role of different synoptic circulation types (CTs) in regulating the frequency of extremes across different seasons. By using a simple decomposition technique, I further explore the role of the projected changes in the CT frequencies to the previously assessed changes in the RX1DAY seasonality and the associated inter-model spread.
Les mots sécheresses et inondations résonnent à travers notre histoire désastreuse et notre avenir collectif incertain. Anticiper, atténuer et s'adapter à de tels désastres reste un défi pour notre humanité commune. Dans cette thèse, j'évalue les changements futurs des extrêmes météorologiques secs et, surtout, humides à l'échelle régionale et globale. L'analyse est principalement basée sur des projections globales et des expériences de changement climatique plus idéalisées menées dans la phase 6 du Coupled Model Inter Comparison Project (CMIP6). Les changements futurs décrits dans la thèse sont principalement basés sur les scénarios d'émissions les plus élevés (SSP5-8.5) ce qui maximise le rapport signal/bruit, mais fournit une image particulièrement sombre de notre climat futur (bien que les incertitudes de modélisation puissent conduire à un fort chevauchement entre les projections dérivées des scénarios d'émissions modéré à élevé). En suivant l’exemple du 6ème rapport d'évaluation du GIEC, les changements futurs des extrêmes sont également étudiés à différents niveaux de réchauffement global. Les extrêmes considérés comprennent les intensités maximales annuelles de précipitations quotidiennes (RX1DAY) et les sécheresses météorologiques décrites comme des jours secs consécutifs (CDD) et leur nombre maximal annuel. À l'aide de quelques expériences idéalisées en mode purement atmosphérique, menées avec le modèle CNRM-CM6-1 et quelques autres modèles climatiques qui ont participé à un sous-projet du CMIP, je distingue d'abord les différentes échelles de temps des réponses de la moyenne annuelle et des précipitations quotidiennes à un quadruplement abrupt de la concentration atmosphérique de CO2, en particulier la réponse rapide à l'augmentation de CO2 par rapport à la réponse plus lente aux composantes graduelles et uniformes versus non uniformes du réchauffement océanique global. La réponse des extrêmes météorologiques secs est particulièrement complexe et implique de multiples échelles de temps et processus qui peuvent dépendre fortement du modèle. Même si les modèles CMIP6 sont qualitativement d'accord sur la réponse idéalisée de RX1DAY à une augmentation de CO2, je quantifie les incertitudes associées dans un scénario de fortes émissions en utilisant un grand sous-ensemble de modèles CMIP6 et un grand ensemble de réalisation d'un seul modèle. L'étude accorde ainsi une attention particulière à la fois aux incertitudes de modélisation et aux incertitudes irréductibles liées à la variabilité climatique interne. Les résultats fournissent une limite supérieure de l'écart inter-modèle, incluant une contribution de la variabilité interne du climat. Cependant, on constate une forte augmentation des précipitations extrêmes, dans plus de 90% des modèles analysés. Je fournis également un intervalle de confiance de 5 à 95% pour les valeurs projetées de RX1DAY à la fin du 21e siècle et je mets en évidence les régions (seulement 17% de la surface du globe) où les changements peuvent ne pas être cohérents avec l'hypothèse largement utilisée d'un taux Clausius-Clapeyron (CC) de ~7%/K lorsqu'il est mis à l'échelle par les changements concomitants de la température moyenne à la surface du globe. Enfin, j'étudie les changements de la saisonnalité des précipitations extrêmes, en me concentrant sur l'Europe et sur la contribution potentielle des changements régionaux de la circulation atmosphérique. Mon analyse révèle un cycle saisonnier plus marqué des précipitations extrêmes et un décalage de leur saisonnalité. Pour mieux comprendre les mécanismes à l'origine de ce changement, j'analyse le rôle possible des différents types de circulation synoptique (CT) dans la modulation de la fréquence des extrêmes à travers les différentes saisons. En utilisant une technique de décomposition simple, j'explore le rôle des changements projetés dans les fréquences des CTs dans les changements de saisonnalité de RX1DAY et la dispersion inter-modèle associée.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03969799 , version 1 (02-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03969799 , version 1

Citer

Amal John. Réponse des fortes précipitations et des sécheresses météorologiques à un accroissement du CO2 atmosphérique et au réchauffement global associé. Océan, Atmosphère. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2022. Français. ⟨NNT : 2022TOU30184⟩. ⟨tel-03969799⟩
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