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Les modèles sont essentiels pour les sciences météorologiques et climatiques. Sans les modèles actuels, il serait presque impossible d'établir des prévisions météorologiques fiables au-delà de demain, et nous n'aurions qu'une vague idée de ce que le réchauffement climatique nous réserve.
Dans le cadre du projet de recherche EXCLAIM1 récemment lancé, nous voulons nous appuyer sur ces résultats et développer la prochaine génération de modèles météorologiques et climatiques. Ces nouveaux modèles permettront d'obtenir une résolution beaucoup plus élevée des processus clés de l'atmosphère et des océans. Travaillant au sein du Center for Climate Systems Modeling (C2SM), l'équipe de recherche créera l'infrastructure de modèles et de données qui nous permettra de simuler les tempêtes, les orages et les nuages à l'échelle mondiale. Il en résultera des prévisions météorologiques plus fiables et des projections climatiques plus précises.
Parions-nous sur le bon cheval?
Bien sûr, cela soulève aussi des questions. N'en savons-nous pas déjà assez sur le changement climatique? Quel est l'intérêt d'améliorer un tant soit peu les prévisions météorologiques? Cela vaut-il la peine de déployer d'énormes efforts?
En effet, nous savons déjà avec une grande certitude que l'humain est responsable de la majeure partie du réchauffement que nous observons. Nous comprenons assez précisément la relation entre les émissions de CO2 et la température, et nous avons reconnu que nous devions réduire les émissions de CO2 à un niveau net nul au cours des prochaines décennies pour atteindre les objectifs climatiques de Paris. Notre compréhension de ces questions est déjà suffisante pour en tirer des recommandations politiques claires.
Cependant, il existe de nombreux autres aspects du changement climatique que nous ne connaissons pas bien. Par exemple, nous comprenons mal comment les systèmes météorologiques et les tempêtes se développeront à l'avenir, si les cyclones tropicaux deviendront plus fréquents, et comment les nuages et les précipitations évolueront. Ces limitations ont beaucoup à voir avec le fait que les modèles climatiques actuels, pour dire les choses crûment, sont tout simplement trop flous à bien des égards; ils ne résolvent tout simplement pas ces phénomènes et processus de manière adéquate.
Faire la lumière sur les processus fondamentaux
Les modèles climatiques placent une grille au-dessus de la Terre ou de l'océan et calculent l'état de l'atmosphère pour chaque cellule; cela nous aide à mieux comprendre et prévoir le temps et le climat. Plus la cellule de la grille est petite, plus la résolution est élevée. Les modèles climatiques mondiaux actuels ont généralement des cellules de grille d'une largeur d'environ 100 km.2
Par conséquent, ces modèles ne résolvent pas les processus clés de l'atmosphère ou de l'océan, en particulier ceux qui se produisent à une échelle de quelques kilomètres seulement, comme les nuages et les tempêtes. Cela nous oblige à estimer indirectement l'influence de ces processus, en utilisant des paramétrisations. Il en résulte une incertitude dans les prévisions, car les nuages et les tempêtes déterminent non seulement notre temps quotidien, mais sont également cruciaux pour le climat.
Si nous voulons quantifier plus exactement la quantité de précipitations qui tomberont un jour, et la façon dont les nuages affecteront le changement climatique, nous devons simuler la dynamique de ces processus selon les lois de la physique, plutôt que de les paramétrer. Nous pensons pouvoir franchir ce mur de la paramétrisation grâce aux modèles à haute résolution que nous développerons dans le cadre du projet EXCLAIM.
Affiner la vision
Grâce à leur résolution plus élevée, ces modèles permettront d'affiner notre vision de l'avenir. Cela nous aidera de deux façons : Premièrement, nous serons en mesure de déterminer avec plus de précision les moyennes météorologiques pour l'avenir. Cela améliorera nos projections climatiques. Ensuite, nous obtiendrons des informations plus fiables sur les variations futures autour de cette moyenne, c'est-à-dire que nous améliorerons la météo du futur. Comme les tempêtes et les inondations de la mi-juillet nous l'ont rappelé, ce sont les changements météorologiques, et en particulier leurs extrêmes, qui nous poseront le plus de problèmes à mesure que le climat continuera à se réchauffer.
Ainsi, des prévisions météorologiques plus fiables et des simulations climatiques plus précises contribueront à réduire les risques pour la société et ses infrastructures. Mieux nous comprendrons les effets du climat, mieux nous pourrons nous y adapter. Il ne fait aucun doute qu'à côté de la réduction des émissions, nous devrons nous adapter à un climat changeant. Même si nous atteignons l'objectif des 2 degrés, des pays comme la Suisse continueront à se réchauffer de manière significative: d'ici la fin du siècle, il fera probablement plus de 3 degrés Celsius de plus ici qu'à l'époque préindustrielle.
Un avantage considérable pour la société
Notre projet ne fonctionne pas en vase clos: nous développons nos modèles, et surtout leurs applications concrètes, en étroite collaboration avec nos partenaires de projet. Les scénarios climatiques suisses que l'ETH Zurich et MétéoSuisse élaborent régulièrement sous l'égide du C2SM en sont un exemple.3 EXCLAIM développera une configuration de modèle à haute résolution pour la région alpine afin de simuler avec plus de certitude à l'avenir des événements extrêmes tels que de fortes précipitations, des sécheresses et des vagues de chaleur. Cela signifie que ces scénarios peuvent garantir que les ressources pour les mesures d'adaptation sont déployées de manière optimale.
Bien sûr, même nos nouveaux modèles atteindront leurs limites. Mais en résolvant mieux de nombreux processus fondamentaux, nous pouvons mieux valider ces modèles avec des observations et, par conséquent, les affiner dans un processus continu. Cela profitera non seulement à la recherche, mais aussi à la société. C'est pourquoi je suis convaincu que notre entreprise en vaut la peine.