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Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » (2004-2008)

Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » (2004-2008). Recherche et prise en compte de tendance dans les événements météo extrêmes : Méthodologie et Exemple Sylvie Parey et Carine Laurent (EDF/R&D/SPE)

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Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » (2004-2008)

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Presentation Transcript

  1. Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » (2004-2008) Recherche et prise en compte de tendance dans les événements météo extrêmes : Méthodologie et Exemple Sylvie Parey et Carine Laurent (EDF/R&D/SPE) Collaboration avec D.Dacunha-Castelle du Laboratoire de Mathématiques de l’Université d’Orsay Projet national IMFREX (GICC, MEDD) 2003-2005 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  2. Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » Méthodologie Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  3. Méthodologie • Rappel des hypothèses statistiques à vérifier • Stationnarité : régime climatique stable, sans périodicité ni tendance à long terme • Indépendance et Equidistribution des valeurs • Ergodicité : dans la nature, une seule expérience… • Préparation des données • Extraction des maxima journaliers sur la saison chaude (du 14/06 au 21/09 = 100 jours) • « Jitterisation » des températures (mesurées au dixième de degré près) : ajout d’une valeur aléatoire tirée uniformément sur [-0,05°C ; 0,05°C] • A partir du quantile 10%, « déclusterisation » des valeurs (à 1 jour) • On extrait Nu valeurs déclusterisées supérieures à un seuil u (on garde par exemple 150 valeurs déclusterisées, soit environ 3 par saison) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  4. Méthodologie • Méthode à seuil • La série des dates de dépassement converge asymptotiquement vers un processus de Poisson d’intensité I • La série des valeurs converge asymptotiquement vers une Distribution Généralisée de Pareto (GPD) : si x0 sinon Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  5. Recherche de tendance • Choix d’un modèle optimal pour I(t) et s(t) (x supposé constant) • Forme polynomiale de la tendance • Tests du c2sur la vraisemblance de modèles emboîtés  détermination du degré du modèle optimal • Estimation des paramètres des lois • Par maximum de vraisemblance (GPD) • Par minimisation de la négative LogVraisemblance (Poisson) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  6. Exemple de tests de vraisemblance de modèles emboîtés () ds1 ds2 degré 2*#nllh chi2 0,90 choix 0,90 chi2 0,95 choix 0,95 0 1 1 3.7262 2.706 1 3.841 0 0 2 2 5.0985 4.605 2 5.991 0 0 3 3 5.0983 6.251 0 7.815 0 0 4 4 10.0327 7.779 4 9.488 4 (problème de l’extrapolation) 0 5 5 10.0171 9.236 5 11.070 0 0 6 6 10.2045 10.645 0 12.592 0 1 2 1 1.3723 2.706 1 3.841 1 1 3 2 1.3722 4.605 1 5.991 1  Significativité (à 95% ) du modèle stationnaire pour  Résultat général (Tmax sur 1960-1970 / 2002) : à 90% et 95% •  stationnaire • I quadratique Tables de 2 Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  7. Exemple de graphe Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  8. Estimation des niveaux de retour • Optimisation de l’équation soit • IC à 95% calculés en stationnaire (S.Coles « An introduction to statistical modeling of extreme values » ) • Delta-méthode (IC symétrique) • Vraisemblance profilée (IC asymétrique) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  9. Projet « IMPEC : EDF et changement climatique » Applications Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  10. Paramètres climatiques • Température de l’air (S.Parey et C.Laurent) • Température de l’eau (F.Huguet - en cours) • Vent (Charles Deltel CDD en cours – méthode de désagrégation d’échelle) • Débits (coordination LNHE) • Précipitations ? Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  11. Scénarios climatiques du futur • Résultats récupérés • Simulations ARPEGE-Climat à maille variable (50 km), scénarios IPCC (hypothèses sur l’évolution de la population, économie, environnement, équité, technologies, …) : • A2 (2[CO2]1750= 560 ppm en 2055) • et B2 (2[CO2]1750= 560 ppm en 2080) • Simulation LMD-Z en version zoom (160 km), • scénario A2 • Résultats disponibles • Projet PRUDENCE (modèles européens) : publics depuis début septembre 2004 • Méthodologie • Recalage / observations (stations de référence du parc en exploitation, point de grille / station la plus proche) • Évaluation des niveaux centennaux fin de 21e siècle Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  12. Exemple : IMFREX - contribution EDF R&D Les températures chaudes centennales à l’horizon 2070-2100 : extrapolation de l’actuel et scénarios de changement climatique Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  13. Données • 91 SQR : Température maximale journalière (Tx) – à 2 m • Arpège-Climat : Température maximale journalière – à 2 m (40 ans climat actuel, 30 ans climat futur) • LMDZ : Température de surface (45 ans) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  14. Corrections • Extraction de JJAS • Corrections des distributions statistiques des modèles • Calcul des centiles de 0 à 100 par pas de 1% (SQR, modèle) • On ramène les températures (SQR, modèles) au niveau de la mer par application du gradient standard de température de l’atmosphère (6,5°C/km) • Correction du biais du modèle : • Classement de chaque valeur simulée dans sa distribution (entre 2 centiles) • Correction en la replaçant au même endroit dans la distribution observée (par interpolation linéaire) • On ramène la température obtenue à l’altitude de la maille (gradient thermique) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  15. Estimation des températures centennales • Extrapolation non-stationnaire du climat actuel (1960-1999) • Observé (SQR) – Méthode POT avec I(t) quadratique et (t) stationnaire (significatifs pour la plupart des 55 SQR testées sur 1960/1970-2002) • Simulé (contrôles Arpège-Climat et LMDZ corrigés) – idem (LMDZ sera extrapolé en stationnaire car simulation en mode climatique) • Extrapolation stationnaire des scénarios A2 et B2 • Arpège-Climat : A2 et B2 (2070-2099) corrigés - Méthode POT stationnaire • LMDZ : A2 (autour de 2085, 45 ans) corrigé - idem Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  16. Arpège-Climat LMDZ Exemples ponctuels Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  17. ARPEGE SQR associée (période étudiée) N° du poste SQR LMDZ 152 Charmeil (1960-2002) 3060001 50 105 Carcassonne (1960-2002) 11069001 71 173 Tomblaine (1970-2002) 54526001 29 309 La Rochelle (1960-2002) 17300001 48 251 Mérignac (1960-1999) 33281001 59 323 Sainte-Adresse (1960-2002) 76552001 26 318 Lesquin (1960-2002) 59343001 16 341 Saint-Jacques de la Lande (1960-2002) 35281001 36 57 Saint-Martin d’Hères (1969-2000) 38421001 62 74 Bron – aéroport (1960-2002) 69029001 50 306 Avrille (1960-1998) 49015002 37 Exemples ponctuels : liste des SQR-mailles Italique : point de grille le plus proche de la SQR Souligné : point de grille utilisant la SQR pour la correction (et le plus proche) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  18. Exemples ponctuels : résultats • OBS02 (avec IC) donne des résultats proches des scénarios LMDZ • Arpège-Climat (A2 et B2) est généralement plus chaud que LMDZ (A2) • OBS12 (lorsque tendance positive, non-significative) donne des ordres de grandeur comparables à Arpège-Climat (B2 et/ou A2) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  19. Généralisation • Observations : • 48 SQR sur 1960-1999 • 46 SQR sur 1960-2003 (non homogénéisée sur 2003) • Scénarios de changement climatique : • Arpège-Climat : 215 points de grille sur la France (A2 : DE6, B2 : DC2) • LMDZ : 25 points de grille sur la France (A2 : exp03) Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  20. Résultats OBS02 (1960-1999) OBS02 (1960-2003) T100  40°C Effet d’altitude Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  21. Résultats OBS12 (1960-1999) OBS12 (1960-2003) T100  40°C Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  22. Résultats (2070-2099) Arpège-Climat (A2) Arpège-Climat (B2) T100  40°C Effet d’altitude Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  23. Résultats (~2085) LMDZ (A2) T100  40°C Effet d’altitude Réunion CEMAGREF 08/12/2004

  24. Conclusion & Perspectives • L’extrapolation des tendances actuelles (significatives : (t) stationnaire et I(t) quadratique) permet d’atteindre des niveaux de températures centennales comparables à la fourchette basse des températures centennales estimées dans les simulations de changement climatique (réalisées avec ARPEGE-Climat et LMDZ). • La fourchette haute n’étant pas facile à estimer, il paraîtrait souhaitable de reproduire ce type d’études dans quelques années, afin de vérifier que la forme de la tendance ne se modifie pas fortement (si (t) devenait significativement linéaire par exemple). • Test sur les 45 ans de LMDZ avec T à 2m Réunion CEMAGREF 08/12/2004

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