Depuis le début de l’ère de la révolution industrielle, le réchauffement climatique, la fonte de la banquise arctique et l’élévation croissante du niveau de la mer sont probablement attribués à l’activité humaine, selon le rapport AR6 du GIEC. La réponse du changement climatique aux forces externes (y compris l’activité humaine) n’est pas linéaire et est affectée par des variabilités internes (VI) générées principalement par des processus internes du système climatique ou terrestre. Récemment, les scientifiques ont découvert que les IV, telles que l’oscillation décennale du Pacifique ou l’oscillation pacifique interdécennale, et l’oscillation multidécennale atlantique, auront un impact considérable sur la circulation de Walker et la mousson mondiale au cours des trois prochaines décennies. Les IV sont également des sources importantes d’incertitudes dans la compréhension des changements climatiques historiques, en particulier à l’échelle régionale. En bref, les IV sont utiles pour étudier le changement climatique, élaborer des stratégies d’atténuation et fournir des orientations aux décideurs politiques.
Les modèles de système climatique facilitent les études IV en fournissant des simulations, en particulier lors de l’utilisation de simulations de grands ensembles de conditions initiales à modèle unique, qui sont un ensemble de simulations liées à un modèle climatique unique dans un scénario de forçage radiatif particulier. Les simulations de grands ensembles appliquent des perturbations, ou des écarts par rapport à l’entrée normale, aux conditions initiales de chaque membre pour créer des trajectoires météorologiques et climatiques divergentes. Les tailles d’ensemble des simulations de grands ensembles sont soumises à des limites de calcul et de ressources similaires à celles utilisées dans les études précédentes. Récemment, plusieurs groupes de recherche du centre de modélisation ont mené des simulations de grands ensembles de conditions initiales à modèle unique qui sont maintenant possibles avec des capacités informatiques en augmentation rapide.
L’utilisation de simulations de grands ensembles pour étudier le changement climatique a été un point chaud dans la recherche sur le climat. Par exemple, le National Center for Atmospheric Research (NCAR) a publié une simulation de grand ensemble en 2015 qui a été citée plus de mille fois. Jusque-là, les tailles d’ensemble ne comptaient pas plus de 100 membres et, même aujourd’hui, peu de simulations d’ensemble ont 100 tailles d’ensemble.
Pour étudier l’impact des IV sur les futures projections mondiales de la mousson, le groupe d’équipe de modèles océaniques LASG de l’Institut de physique atmosphérique (IAP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a produit une simulation d’ensemble de très grande taille avec 110 membres de leur FGOALS-g3 modèle de système climatique. L’étendue complète de leurs recherches est disponible dans un document de description des données intitulé « The Super-large Ensemble experiences of CAS FGOALS-g3 » maintenant publié dans Progrès des sciences de l’atmosphère.
« Les expériences Super-large Ensemble de CAS FGOALS-g3 sont le premier ensemble de simulations de grands ensembles à partir d’un modèle de système climatique mondial nommé FGOALS-g3 développé par IAP, CAS », a déclaré l’auteur principal Bowen Zhao. « La simulation de grand ensemble a le plus grand nombre d’échantillons au monde. »
Chaque membre contient une simulation pour le modèle du système climatique, y compris les composants de l’océan, de l’atmosphère, de la glace de mer et de la terre. Les chercheurs ont entièrement échantillonné les différentes phases de la variabilité décennale de l’océan comme l’indique le modèle initial dans les conditions de forçage historiques standard CMIP6. Ils incluaient également le scénario Shared Socioeconomic Pathway (SSP5-8.5), qui suggère des émissions de gaz à effet de serre très élevées. Ces simulations couvrent une période comprise entre 1850 et 2099.
« Notre évaluation montre également que ces ensembles sont capables de capturer avec précision la réponse de la température de l’air de surface et les précipitations terrestres, y compris les événements climatiques extrêmes ainsi que les forçages externes, et nous pouvons quantifier les variabilités internes », a poursuivi Zhao. « Avoir plus de 100 simulations et leurs réalisations nous aide à étudier des événements rares et à améliorer notre compréhension de l’impact de la variabilité interne sur les changements climatiques forcés. »
Pengfei Lin et al, The Super-large Ensemble Experiments of CAS FGOALS-g3, Progrès des sciences de l’atmosphère (2022). DOI : 10.1007/s00376-022-1439-1