Une poignée de pêcheries hyper-productives font vivre un milliard de personnes et emploient des dizaines de millions de personnes. Ces pêcheries se produisent sur les bords est des océans du monde, au large de la côte ouest des États-Unis, des îles Canaries, du Pérou, du Chili et de Benguela. Là, un processus appelé remontée d’eau apporte de l’eau froide et des nutriments à la surface, qui à son tour soutient un grand nombre de créatures marines plus grandes dont les humains dépendent pour leur subsistance.
Un nouveau projet mené par des chercheurs de la Texas A&M University cherche à comprendre comment les changements climatiques et océaniques auront un impact sur la pêche aux États-Unis et dans le monde.
« Nous nous intéressons à la manière dont le changement climatique va modifier la remontée d’eau et à l’impact sur la durabilité des futures pêcheries », a déclaré Ping Chang, titulaire de la chaire Louis & Elizabeth Scherck en océanographie à la Texas A&M University (TAMU). « Il s’avère que lorsque nous augmentons la résolution de nos modèles climatiques, nous constatons que la simulation d’upwelling devient beaucoup plus proche de la réalité. »
Financé par la National Science Foundation (NSF), le projet vise à développer des prévisions de pêche à moyen et à long terme, basées sur certaines des prévisions climatiques couplées à la plus haute résolution jamais réalisées. Il s’agit de l’un des 16 projets de la phase 1 de l’accélérateur de convergence qui traitent de « l’économie bleue », l’utilisation durable des ressources océaniques pour la croissance économique. Les projets de convergence intègrent des chercheurs de différentes disciplines scientifiques.
L’équipe TAMU, dirigée par l’océanographe Piers Chapman, comprend des modélisateurs informatiques du climat, des modélisateurs biogéochimiques marins, des modélisateurs de la pêche, des experts en systèmes d’aide à la décision et des spécialistes de la communication des risques du milieu universitaire, des agences fédérales et de l’industrie.
Chang et Gokhan Danabasoglu du Centre national de recherche atmosphérique (NCAR) dirigent la composante de modélisation climatique de la recherche. Ils utilisent le Supercalculateur Frontera au Texas Advanced Computing Center (TACC), le supercalculateur universitaire le plus rapide des États-Unis, pour alimenter leurs recherches.
Dans les années 1990, le biologiste marin Andrew Bakun a proposé qu’un réchauffement climatique augmenterait la remontée d’eau dans les régions frontalières orientales. Il a estimé que puisque la terre se réchauffe plus rapidement que les océans, le gradient de température entre la terre et l’océan entraînerait un vent plus fort, ce qui rend la remontée d’eau plus forte. Cependant, des données historiques récentes suggèrent que le contraire pourrait en fait être la norme.
« De nombreux articles écrits dans le passé utilisent des modèles à résolution grossière qui ne résolvent pas très bien la remontée d’eau », a déclaré Chang. « Jusqu’à présent, les modèles à haute résolution prédisent une remontée d’eau dans la plupart des régions, sans augmentation. Les modèles prédisent des températures plus chaudes et non plus froides dans ces eaux. Au Chili et au Pérou, le réchauffement est assez important : 2-3 °C dans le pire des cas, est comme d’habitude. Cela peut être une mauvaise nouvelle pour les remontées d’eau.
Les zones où se produisent les upwellings sont assez étroites et localisées, mais leur impact sur l’écosystème marin est très important. L’upwelling du Pacifique oriental, par exemple, ne mesure qu’environ 100 kilomètres de large. Les modèles climatiques utilisés par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) ont une résolution de 100 kilomètres et ne produiraient donc qu’un seul point de données pour la région d’upwelling, ce qui est loin d’être suffisant pour prédire avec précision les changements futurs.
D’autre part, le modèle utilisé par Chang et ses collègues utilise une résolution de 10 kilomètres dans chaque direction. Ceux-ci sont 100 fois plus résolus que les modèles du GIEC et nécessitent environ 100 fois plus de puissance de calcul.
L’étude de Chang s’appuie sur deux ensembles de simulations distincts, mais liés. Le premier ensemble implique un ensemble (le même modèle exécuté avec un point de départ légèrement différent pour produire un résultat statistiquement valide) de modèles de système terrestre couplés à haute résolution. La seconde intègre des données observées dans l’atmosphère pour générer des états océaniques réalistes qui sont ensuite utilisés pour initialiser la prédiction du modèle. A partir de 1982, il effectuera des prévisions rétrospectives sur cinq ans pour déterminer l’aptitude du modèle à prévoir les effets de l’upwelling.
« Il y a une limite à la distance à laquelle vous pouvez faire une prévision », a déclaré Chang. « Au-delà d’un certain délai, le modèle n’a plus de compétence. A cinq ans, notre modèle présente encore une compétence utile. »
L’équipe a rapporté ses résultats dans Nature’s Communications Terre & Environnement en janvier 2023.
Le projet Blue Economy poursuit les efforts de plusieurs décennies de l’équipe TAMU-NCAR pour mettre à niveau les modèles climatiques mondiaux afin qu’ils soient de plus haute résolution et plus précis physiquement. Le modèle utilisé par l’équipe faisait partie d’une poignée de modèles de système terrestre à haute résolution qui ont été inclus dans le dernier rapport du GIEC et sont actuellement explorés par un sous-comité du GIEC. Ils représentent l’avenir de la modélisation du climat mondial.
À une résolution de 10 kilomètres, les chercheurs pensent qu’il est possible pour les modèles de générer de manière réaliste des événements météorologiques extrêmes tels que des cyclones tropicaux ou des rivières atmosphériques, ainsi que des prévisions plus précises sur l’évolution du climat dans une région spécifique. Cependant, les modèles à cette résolution ne peuvent toujours pas résoudre les nuages, ce qui nécessite des modèles avec une résolution de quelques kilomètres et ne peut actuellement être intégré que pour des échelles de temps à court terme, et non climatiques.
L’effort pour capturer le système terrestre continue de s’améliorer.
Le projet TAMU-NCAR sera l’un des premiers à intégrer des modèles biogéochimiques des modèles océaniques et halieutiques dans des modèles du système terrestre à une résolution de 10 km.
« TACC est unique en fournissant des ressources aux chercheurs comme nous pour aborder les questions fondamentales de la science », a déclaré Chang. « Notre objectif n’est pas des prévisions de routine. Ce que nous voulons, c’est une meilleure compréhension de la dynamique du système terrestre qui manque dans les modèles climatiques actuels pour améliorer notre modèle et nos méthodes. Sans Frontera, je ne sais pas si nous pourrions faire des simulations comme nous le faisons. C’est essentiel.
Plus d’information:
Ping Chang et al, Avenir incertain de l’environnement de la pêche durable dans les zones d’upwelling de la frontière orientale sous le changement climatique, Communications Terre & Environnement (2023). DOI : 10.1038/s43247-023-00681-0