# Épisodes secs en hiver dans le bassin méditerranéen : variabilité et forçages atmosphériques (1957-2013).

Florian Raymond, Albin Ullmann, Pierre Camberlin, P. Drobinski

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Florian Raymond, Albin Ullmann, Pierre Camberlin, P. Drobinski. Épisodes secs en hiver dans le bassin méditerranéen: variabilité et forçages atmosphériques (1957-2013). 29ème Colloque de l'Association Internationale de Climatologie, Jul 2016, Besançon, France. pp.339-344. hal-01359904

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# ÉPISODES SECS EN HIVER DANS LE BASSIN MÉDITERRANÉEN: VARIABILITÉ ET FORÇAGES ATMOSPHÉRIQUES (1957-2013)

RAYMOND F.<fnref n="1" />, ULLMANN A.<fnref n="1" />, CAMBERLIN P.<fnref n="1" />, DROBINSKI P.<fnref n="2" />

**Résumé** – En hiver (septembre à avril), le nombre moyen de jours secs a augmenté sur le bassin méditerranéen durant la période 1957-2013, notamment en raison d'épisodes secs de plus en plus longs. Les épisodes les plus courts (Très Courts Épisodes Secs) ont été de moins en moins fréquents alors que les épisodes plus longs (Courts Épisodes secs, Épisodes Secs Moyens et Longs Épisodes Secs) ont été plus fréquents sur le bassin méditerranéen. 76 épisodes très longs (Très Longs Épisodes Secs - TLES) se sont produits entre 1957 et 2013. Une classification ascendante hiérarchique de ces évènements, considérés comme extrêmes, permet d'observer 5 types de configurations typiques à l'échelle du bassin méditerranéen : Nord-Ouest méditerranéen, Ouest méditerranéen, Nord-Est méditerranéen, Sud-Est méditerranéen et épisodes localisés.

**Mots-clés** : bassin méditerranéen, épisodes secs extrêmes, circulations atmosphériques.

**Abstract** – Dry spells in winter in the Mediterranean basin: variability and atmospheric forcings (1957-2013).
The mean number of dry days in winter increased in the Mediterranean Basin during the 1957-2013 period, mainly because of dry spells becoming longer. The shortest events (Very Short Dry Spells) were less frequent whereas longer events (Short Dry Spells, Medium Dry Spells and Long Dry Spells) were more frequent on the Mediterranean Basin. 76 very long events (Very Long Dry Spells – VLDS) occurred during the 1957-2013 period. A hierarchical clustering analysis of these VLDS events allows to detect 5 mainly Mediterranean configurations: North-West Mediterranean, West Mediterranean, North-East Mediterranean, South-East Mediterranean and localized events.

**Keywords:** Mediterranean basin, extreme dry spells, atmospheric circulation.

## Introduction

Le bassin méditerranéen est une région située à l'interface entre le climat tempéré des moyennes latitudes et le climat aride-semi/aride des latitudes tropicales. Considéré par le dernier rapport du GIEC comme étant un « hot spot » du changement climatique (IPCC, 2013), le bassin méditerranéen est déjà affecté par certaines évolutions climatiques (réchauffement des températures et assèchement du bassin). En Méditerranée, les précipitations hivernales sont essentielles pour la ressource en eau, l'humidité des sols, la végétation ou encore l'agriculture. Le terme hiver est ici utilisé au sens large, caractérisé comme étant la saison dite « humide » pour le climat méditerranéen, allant de septembre à avril. Sur cette période, l'absence de précipitations, sur des durées plus ou moins longues, peut avoir de forts impacts socio-économiques mais aussi environnementaux (Iglesias et al., 2007). Il est donc important de mieux comprendre les caractéristiques spatio-temporelles des épisodes secs survenant hors de la période estivale (habituellement sèche sur le bassin méditerranéen) mais également les principaux processus atmosphériques associés. Les données et méthodes sont présentées en première partie. Il s'agit notamment de définir au préalable un indice des épisodes secs sur le bassin méditerranéen en détectant leur durée et leur récurrence temporelle. Dans une seconde partie, les épisodes secs les plus longs, appelés Très Longs Épisodes Secs (TLES) seront classés afin d'en appréhender (i) les principales caractéristiques spatio-temporelles à l'échelle du bassin méditerranéen et (ii) les principales conditions atmosphériques associées.

<footnote n="1">¹Centre de Recherches de Climatologie, UMR6282 Biogéosciences, CNRS / Université de Bourgogne, 6 boulevard Gabriel, 21000 Dijon, France. florian.raymond@u-bourgogne.fr, albin.ullmann@u-bourgogne.fr, pierre.camberlin@u-bourgogne.fr.</footnote>

<footnote n="2">²Institut Pierre Simon Laplace/Laboratoire de Météorologie Dynamique, Ecole Polytechnique, Palaiseau, France, philippe.drobinski@lmd.polytechnique.fr</footnote>
# 1. Données et méthodes

## 1.1. Données

Les données de précipitations quotidiennes E-obs de l'ECA&D (European Climate Assessment & Dataset) sont utilisées (version 10.0). Ces données en points de grille à haute résolution spatiale (0.25°) sont issues de l'interpolation de séries d'observation provenant de 2316 stations météorologiques réparties sur l'Europe, le Proche-Orient et l'Afrique du Nord (Haylock et al., 2008). Elles sont extraites de 10°O à 40°E et de 28°N à 46°N sur la période 1957 à 2013 et pour la période hivernale, allant de septembre à avril (appelée « saison » par la suite), période dite « humide » pour le domaine méditerranéen car regroupant la majorité des précipitations annuelles (Xoplaki, 2002). De nombreux points de grille de la base de données E-obs, principalement situés au Proche-Orient et en Afrique du Nord, présentent des séries de données incomplètes. Le faible nombre de stations météorologiques sur ces deux régions en est la cause principale (Brunet et al., 2014). Les points de grilles se trouvant sur la mer et ceux montrant un manque de données d'au moins une saison complète (soit 10057 points de grille sur 14400, soit 70%) sont exclus de l'analyse. Les données de pression de surface, le géopotentiel z500 hPa et les températures à 925hPa (résolution de 1°) sont issues des réanalyses ERA-40 (1957-1979) et ERA-INTERIM (1979-2013). Ces données, croisant des séries issues de l'observation directe, indirecte et de la modélisation du climat (Dee et al., 2011), proviennent de l'ECMWF (European Center for Medium range Weather Forecasting) et sont extraites de 50°O à 80°E et de 0° à 70°N pour les 56 saisons observées sur la période 1957-2013.

## 1.2 Indice des Épisodes Secs

La première étape consiste à détecter les jours secs et les épisodes secs : un jour est considéré comme sec quand le cumul quotidien des précipitations est inférieur au seuil de 1 mm, et ce pour chacun des points de grille étudiés. Un épisode sec est défini comme étant une succession de jours secs. La deuxième étape consiste à retenir, pour chaque point de grille, les valeurs correspondant aux différentes durées des épisodes sans précipitations détectés sur la période 1979-2013. Quatre centiles sont ensuite appliqués à ces valeurs pour classifier les différents épisodes sans précipitations par point de grille sur la période 1957-2013 : les très courts (Très Courts Épisodes Secs - TCES) ont une durée inférieure au 20ème centile, les courts (Courts Épisodes Secs - CES) une durée comprise entre le 20ème centile et le 40ème centile, les moyens (Épisodes Secs Moyens - ESM) compris entre le 40ème centile et le 60ème centile, les longs (Longs Épisodes Secs - LES) ont une durée comprise entre le 60ème centile et le 80ème centile et enfin les épisodes secs les plus longs (Très Longs ES - TLES) sont d'une durée supérieure au centile 80. Par exemple, pour le point de grille n°8977 (situé en Grèce), le 20ème centile à une valeur de 8,5 jours, le 40ème centile à une valeur de 16,5 jours, le 60ème centile à une valeur de 24,5 jours et enfin le 80ème centile à une valeur de 33,5 jours. La période 1979-2013 est ici utilisée car elle représente une période climatique de référence récente, mais c'est également la période couverte par les modèles régionaux du climat qui seront utilisés lors de prochaines études liées à ce projet de recherche sur les épisodes secs hivernaux en Méditerranée.

## 1.3 Définition des objets de Très Longs Épisodes Secs

Une méthode est ici utilisée pour appréhender un évènement de TLES comme étant un « objet », avec des caractéristiques spatiales (localisation et extension) et temporelles (date de début et de fin), et non plus comme des évènements observés à l'échelle des points de grille considérés individuellement. Pour détecter ces évènements « objets », une matrice binaire est
créée, avec la valeur 0 pour tous les points de grille qui sont situés sur la mer, qui n'ont pas de données, tous les jours avec, pour le point de grille considéré, des précipitations (cumul quotidien supérieur à 1 mm) et les points de grille où aucun événement de TLES n'a été détecté. Sont codés avec la valeur « 1 » tous les jours appartenant, en un point de grille donné, à des épisodes sans précipitations de longueur supérieure au centile 80. Pour mettre de côté des évènements de TLES très locaux voire des points de grille isolés, une fenêtre glissante est appliquée sur la matrice binaire pour chacun des 13552 jours étudiés. La fenêtre glissante de 6 degrés de côté en longitude et latitude va se déplacer tous les 0,5 degrés sur le domaine étudié pour détecter les épisodes ayant une cohérence spatiale et temporelle. Ainsi, si 90% des points de grille contenus dans la fenêtre sont codés en « 1 », le jour est automatiquement retenu comme étant un jour de TLES et tous les points de grille de la fenêtre sont conservés. Cette méthode a été adaptée d'une étude portant sur les vagues de chaleur en Europe et en Méditerranée (Stéfanon et al., 2012). Grâce à cette méthode, 76 épisodes de TLES ont été détectés sur la période 1957-2013, pour une durée totale de 4423 jours (soit 33,1% des 13552 jours étudiés).

**1.4. Classification des Très Longs Épisodes Secs**

L'objectif est d'extraire les principales configurations spatiales récurrentes de TLES à l'échelle du bassin méditerranéen. Une Classification Ascendante Hiérarchique (CAH) est appliquée aux 76 épisodes de TLES précédemment détectés. Seuls les jours médians de chaque épisode sont classés ici. Conserver uniquement le jour correspondant à la moitié de la durée des épisodes permet (i) de classer uniquement les jours les plus représentatifs de l'extension spatiale maximale de chaque épisode et (ii) surtout de ne pas donner plus (moins) de poids aux épisodes les plus (moins) longs. La CAH est donc appliquée aux 76 jours médians des 76 épisodes de TLES détectés.

**2. Résultats**

**2.1. Épisodes Secs entre 1957 et 2013, quelles tendances ?**

La figure 1 présente l'évolution de la part des épisodes sans précipitations de différentes durées dans le nombre total d'épisodes par saison sur la période 1957-2013. On observe une diminution quasi généralisée des évènements les plus courts (TCES), diminution souvent significative (test de Bravais-Pearson) parfois comprise entre -11% et -16% sur certains secteurs (nord de l'Algérie, nord-est de la Péninsule Ibérique et sud-ouest de la France, nord de l'Italie et sud des Balkans ; figure 1). A l'inverse, les épisodes secs les plus longs (CES, ESM et LES) ont eu tendance à être davantage fréquents sur le bassin méditerranéen avec des tendances significatives sur certains secteurs (sud-ouest de la France, Italie, nord-ouest de la Tunisie, centre-nord de l'Algérie et sud du Proche Orient ; figure 1). Les épisodes secs les plus longs (TLES) ne montrent quant à eux aucune tendance significative. Ces observations se traduisent par une augmentation moyenne quasi généralisée de l'occurrence des jours secs par saison sur le bassin méditerranéen (non montré). Le nombre de jours secs par saison a notamment augmenté de manière significative au nord de l'Algérie, en Péninsule Ibérique, en France, en Italie, au sud des Balkans et au nord de l'Anatolie. Seule la partie centre des Balkans montre une tendance inverse, avec de plus en plus de jours humides par saison.
<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>**Figure 1.** Tendances sur le ratio de chacun des types d'épisodes secs sur l'ensemble des évènements entre 1957 et 2013. Les résultats significatifs pour un seuil de 0,05 d'après le test de Bravais-Pearson sont encadrés en noirs.</figcaption></figure>

## 2.2 Principales configurations récurrentes de Très Longs Épisodes Secs en Méditerranée

Les évènements de Très Longs Épisodes Secs (TLES) s'organisent selon 5 configurations spatiales récurrentes (figure 2). La première concerne essentiellement la Péninsule Ibérique et regroupe 13 évènements (figure 2.1). La Péninsule Ibérique, mêlée au Maghreb, est à nouveau retrouvée comme étant une configuration spatiale récurrente des TLES (5 épisodes ; figure 2.3). Par ailleurs, les TLES se concentrent également sur les Balkans (11 épisodes ; figure 2.4) et sur le Proche Orient (24 épisodes ; figure 2.5). Enfin, la deuxième configuration regroupe 23 épisodes davantage localisés, se produisant en différents endroits du bassin méditerranéen (« localisé », figure 2.2). Ces évènements sont regroupés ensembles car ils ont pour la plupart une extension spatiale bien plus petite que les autres.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>**Figure 2.** Principales configurations récurrentes de TLES à l'échelle du bassin méditerranéen entre 1957 et 2013. Pour chacune des classes, la palette de couleur informe sur le pourcentage d'épisodes affectant chacun des points de grille.</figcaption></figure>
## 2.3. Conditions atmosphériques des Très Longs Épisodes Secs

La figure 3 montre les principales conditions atmosphériques associées aux 5 configurations typiques de TLES. Pour les épisodes Nord-Ouest Méditerranéen (figure 3.1), Ouest-Méditerranéen (figure 3.3) et Nord-Est Méditerranéen (figure 3.4), les conditions sont nettement anticycloniques, que ce soit au large des côtes irlandaises sur l'Atlantique, au niveau du Golfe de Gascogne ou sur le centre de l'Europe, avec des anomalies positives de pression de surface (entre +5 hPa et +7 hPa) et des anomalies positives pour le géopotentiel z500 (entre +75 m et +150 m). Dans les trois cas, l'anomalie principale de pression ou de géopotentiel est centrée légèrement au nord-ouest de la région où s'observe l'épisode sans pluie. Il semblerait que les évènements localisés soient également associés à des conditions anticycloniques, mais comme ces épisodes se produisent en différents endroits, il est logiquement impossible d'analyser des conditions moyennes caractéristiques de tous les épisodes. Les épisodes extrêmes touchant le Sud-Est de la Méditerranée sont associés à des anomalies négatives de pression de surface (environ -3hPa) centrées sur le Proche Orient, mais à des anomalies positives du géopotentiel z500. Ces TLES sont donc principalement liées à des conditions de dépressions thermiques. L'étude des températures à 925hPa conforte cette hypothèse car des anomalies positives de températures centrées sur le Proche Orient, favorables à l'apparition de dépressions thermiques, sont associées aux TLES sur ce secteur (non montré).

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>**Figure 3.** Anomalies moyennes de pression de surface (hPa, en isolignes blanches) et de géopotentiel à 500hPa (en mètre) des 5 configurations de TLES détectées sur la période 1957-2013.</figcaption></figure>

## Conclusion

Cette étude permet de comprendre un peu mieux les caractéristiques spatio-temporelles des épisodes sans précipitations et les conditions atmosphériques associées, sur le bassin méditerranéen. Il semblerait qu'entre 1957 et 2013, la durée des épisodes secs a eu tendance à légèrement augmenter, ce qui expliquerait en partie l'augmentation du nombre de jours secs moyen par saison observée sur la quasi-totalité du domaine méditerranéen. La répétition depuis les années 80 de la phase positive de l'Oscillation Nord Atlantique en hiver (NAO+), favorisant des hivers secs en Méditerranée (Cassou, 2004), pourrait en partie justifier cette tendance à l'augmentation de la durée des épisodes sans précipitations. L'intérêt porté aux
épisodes secs les plus longs (TLES) a permis de détecter 76 évènements sur la période 1957-2013. Grâce à la méthodologie utilisée, tous ces évènements sont considérés comme des objets climatiques, caractérisés par une cohérence spatiale et temporelle. 5 classes représentant 4 principales configurations récurrentes de TLES sont alors observées. La première classe, regroupant des évènements centrés sur la Péninsule Ibérique, est associée à des conditions anticycloniques, tout comme la troisième classe (centrée sur le Maghreb et la Péninsule Ibérique) et la quatrième classe (centrée sur les Balkans). La configuration représentée par la cinquième classe (centrée sur le Proche Orient) est associée à des conditions de dépressions thermiques. Enfin, la deuxième classe, caractérisée par un regroupement d'évènements ayant une extension spatiale moindre plutôt qu'étant une réelle configuration récurrente de TLES, est également associée à des conditions anticycloniques.

Prochainement les mêmes traitements seront effectués sur les Longs Épisodes Secs (LES). En effet, il s'agira dans un premier temps de repérer les types de circulations atmosphériques associés aux phénomènes sans précipitations les plus extrêmes (TLES et LES) et ensuite d'analyser l'évolution spatio-temporelle d'occurrence de ces évènements sur le bassin méditerranéen à l'horizon 2100. Pour cela, les modèles régionaux (Med-Cordex) et globaux (CMIP5) du climat seront mis à contribution.

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