Formaterre 2015 conferences et ateliers SIG

Par Vutheany LOCH — Dernière modification 18/07/2017 16:55

Un livret de présentation de la formation interacadémique "Formaterre 2015". Cette formation s'est déroulée sur deux jours dans un format "conférences" le matin et atelier l'après midi. La conférence de Pierre Thomas assure le lien entre les deux journées. L'atelier présent dans ce livret traite de l'intégration et du traitement des données du site DRIAS et des données SYNOP du site de Météo France dans un projet SIG construit avec le SIG QGIS.

Consulter sur autres formats

Télécharger le livre numérique de 3ème génération (epub3)
Version imprimable (PDF)

Formaterre 2015 : Conférences et atelier SIG, traitement des données du réseau SYNOP et des Modèles Climatiques avec QGIS.

Éric Le Jan

CLEG Camille Saint Saëns

                        22 rue Saint Lô
                        Rouen
                        76000
                        tel: 02 35 07 83 50
                        Fax : 02 35 07 83 51

<eric.lejan@ac-rouen.fr>

Carole Larose

Lycée Corneille Rouen

                        rue du Maulévrier
                        Rouen
                        76000
                        02 35 07 88 00
                         02 35 07 47 28

<carole.larose@ac-rouen.fr>

Publié par

Gérard Vidal

Directeur de collection
ENS de Lyon/Ifé

Résumé

Table des matières

Introduction :
1. Conférences Formaterre 2015
- Journée du 12 novembre 2015
- Journée du 13 novembre 2015
  - Événements météorologiques extrêmes et changement climatique
  - Incertitudes liées à la modélisation du climat
2. Atelier Rouen : QGis, outil d'intégration de données métérologiques et climatiques.
Conclusion :

Liste des illustrations

1.1. Philippe Odier
1.2. Patrick Bertuzzi (INA Avignon)
1.3. Guillaume Le Hir
1.4. Pierre Thomas
1.5. Julien Cattiaux
1.6. Camille Risi
2.1. Un exemple de bulletin météo : prévisions du 19 au 26 Juillet 2015
2.2. données Synop
2.3. téléchargement des données
2.4. fichier csv
2.5. téléchargement des données
2.6. Illustration de la fenêtre popup
2.7. la couche vecteur et ses propriétés
2.8. mode d’édition dans la table d'attribut
2.9. Supprimer les colonnes
2.10. calculatrice de champs
2.11. création d'un nouveau champ
2.12. expression et résultat
2.13. Mise à jour d'un champ déjà existant.
2.14. Outil contour.
2.15. Style de la couche vecteur.
2.16. La zonation en France des températures pour le jour choisi.
2.17. Les différents scénarios RCP utilisés par le GIEC
2.18. Les différents scénarios RCP et l'augmentation de température attendue
2.19. Voir la video
2.20. Copie d'écran pour la température
2.21. Le site DRIAS
2.22. ligne surlignée
2.23. le formulaire à remplir
2.24. Accéder à son compte.
2.25. Les options du compte
2.26. L'aspect du catalogue
2.27. Le jeu de données choisi
2.28. Sélection de données de référence
2.29. Sélection de la durée de recueil des données
2.30. Sélection de la géolocalisation
2.31. Sélection de l'emprise géographique.
2.32. Sélection des paramètres et des unités de chacun d'entre eux.
2.33. Sélection de l'emprise géographique.
2.34. Validation des données à télécharger
2.35. Suivi du téléchargement.
2.36. Structure du fichier .txt.
2.37. Paramètres d'importation.
2.38. Choix du SCR.
2.39. Intégration d'une couche au format texte délimité
2.40. Sélection de données.
2.41. Choix d'une couleur et d'un tri des données.
2.42. Affichage de la couche et visualisation des données.
2.43. Les forçages radiatifs
2.44. Les forçages radiatifs
2.45. Choix du format de fichier d'export.
2.46. Le menu d'importation
2.47. Le popup de création de la couche
2.48. Le popup de création de la couche
2.49. Les commandes d'édition de la table d'attributs
2.50. Le popup de création de la couche
2.51. Menu séparation d'une couche
2.52. Choix de l'attribut
2.53. Les couches à importer
2.54. Calcul des données statistiques
2.55. Fusion des couches après leur traitement statistique.
2.56. Le résultat de la fusion.
2.57. Le résultat du traitement "classification graduée"

Liste des figures Contenant une vidéo

Liste des figures Contenant un son

Introduction :

Vous trouverez dans ce livre numérique un ensemble de résumés des conférences du matin et l'atelier proposé par l'équipe de Rouen. Vous disposez aussi des liens vers les conférences assemblées avec les présentations des conférenciers.

Chapitre 1. Conférences Formaterre 2015

Éric Le Jan

CLEG Camille Saint Saëns

                            22 rue Saint Lô
                            Rouen
                            76000
                            tel: 02 35 07 83 50
                            Fax : 02 35 07 83 51

<eric.lejan@ac-rouen.fr>

Carole Larose

Lycée Corneille Rouen
<carole.larose@ac-rouen.fr>

Publié par

Gérard Vidal

Directeur de collection
ENS de Lyon/Ifé

Résumé

Ce chapitre présente les conférences qui ont eu lieu lors des deux journées de Formaterre 2015 le 12 novembre et le 13 novembre à Lyon.

Table des matières

Journée du 12 novembre 2015
Journée du 13 novembre 2015
- Événements météorologiques extrêmes et changement climatique
- Incertitudes liées à la modélisation du climat

Journée du 12 novembre 2015

présentation de Formaterre 2015

Mme Françoise Borel-Deville , directrice de l'équipe ACCES à l'IFE inaugure cette nouvelle cession de Formaterre en remerciant l'ensemble des participants et collaborateurs associés.

M. Gérard Vidal, chargé de mission, remercie l'ensemble des personnes présentes, les conférenciers, Mme Morel-Deville, M. Vincent Charbonnier adjoint de Mme Morel, M. Charles-Henri Eyraud, M. Ahamada Mbaé, le cadreur des conférences.

La COP 21 est dans quelques semaines les conférenciers qui sont venus sont donc doublement remercié vu le nombre de sollicitations auxquelles ils sont soumis.

L'entrée météorologie avec les élèves pour aborder les sujets relatifs au climat est aujourd'hui une possibilité à portée des écoles, des collèges et des lycées, grâce aux nouveaux outils comme les nano-ordinateurs et les possibilités de leur mise en réseau.

Mme Monique Dupuis, Inspectrice générale de l'éducation nationale, rappelle qu'elle faisait partie de l'équipe Acces qui réunit des enseignants de terrain qui didactisent des outils ainsi que des ressources validées.

Il y a 10 ans la question était : y-a-t-il un changement climatique? Actuellement, personne ne remet en question qu'il va y avoir un changement, on parle maintenant de dérèglement climatique et on intègre donc la notion de système . On problématise en adaptation et atténuation avec un autre regard sur les modèles. Le modèle repose sur les données scientifiques. La notion de scénario est également importante pour les élèves; on peut revenir sur les scénarios qui prévoyaient les températures en 2015 pour comprendre la difficulté d'intégrer de nombreuses données.

Il y a également pour les élèves des difficultés liées au vocabulaire: un climat, des climats en géographie ? Au lycée l' EMC, les nouveaux thèmes de TPE sont des entrées possibles pour mettre les élèves en activité autour du déréglement. Les enjeux sont importants et doivent permettre aux élèves d'avoir une culture scientifique et d'acquérir de grands concepts plutôt que des connaissances pointues. La vision systémique et la notion de réseau dynamique sont des notions importantes lorsque l'on s'intéresse au climat.

Depuis 2007 dans le cadre de la transmission au sein du Collège ou du Lycée les occasions de transmettre sont maintenant multiples et correspondent à des situations d'enseignement très différentes, TPE, cours de SVT, EPI, ……

C'est toujours une occasion de développer l'argumentation en sciences.

Mme Vial est inspectrice pédagogique de l'académie de Lyon, elle remercie les différents participants. Elle intervient également sur la réforme des collèges ainsi que sur les usages et traitements des données, l'utilisation des modèles,l'esprit critique. Pour le socle, il s'agit d'agir en citoyen et de définir la place de la science dans la société.

Mélange océanique et climat : à la chasse aux tempêtes dans l'océan Arctique

Philippe Odier, Laboratoire de physique, ENS de Lyon

Le lien vers la vidéo et le diaporama synchronisé.

Résumé :

Le mélange vertical dans les océans joue un rôle clé dans la dynamique de notre climat. Les simulations numériques des processus océaniques ne peuvent pas résoudre ce mélange, qui a lieu à trop petite échelle. Il est donc nécessaire de modéliser ce mélange, à l'aide d'études de laboratoire, et de mesures de terrain.

L'un des mécanismes responsables de ce mélange est le déferlement d'ondes de gravité sous la surfaces de l'océan. Je discuterai les propriétés particulières de ces ondes et je présenterai les techniques expérimentales utilisées en laboratoire pour les étudier et caractériser le mélange qu'elles engendrent.

Par ailleurs, je présenterai une mission récente de mesures sur l'océan Arctique à laquelle j'ai participé, en lien direct avec cette problématique. En effet, les ondes internes de gravité dans l'océan sont engendrées par les tempêtes à la surface. Or jusqu'à récemment, l'océan Arctique était protégé de ces tempêtes par sa banquise. Mais la réduction importante de celle-ci ces dernières années ouvre de nouvelles perspectives en ce qui concerne les sources de mélange en Arctique, avec de possibles conséquences sur le climat.

Figure 1.1. Philippe Odier
Philippe Odier - LABORATOIRE DE PHYSIQUE -UMR 5672- PHYS

Figure 1.1. Philippe Odier
Philippe Odier - LABORATOIRE DE PHYSIQUE -UMR 5672- PHYS

Son sujet de recherche concerne les ondes internes qui se propagent dans les océans et contribuent à mélanger les eaux de différentes densités.

présentation des ondes internes

Une vague est une onde surface et une perturbation de surface c'est à dire une onde de gravité.

Lorsque la densité croit avec la profondeur, la compétition entre la poussée d’Archimède et le poids sont à l'origine d'une oscillation à une certaine fréquence, les vagues peuvent donc exister à l'intérieur de l'océan. Il existe 2 fluides stratifiés, l'océan et l' atmosphère.

Ces ondes sont en lien avec le climat par la circulation thermohaline et joue un rôle majeur dans la dynamique océanique : une eau plus froide et/ou plus salée donc plus dense va descende vers les zones proches de l'équateur mais comment se fait la remontée???

Munk et Wunch 1966 proposent que la turbulence mélange les eaux et permettent la remontée de l'eau à l'encontre de la gravité. Le coefficient de diffusion de turbulence n'est pas homogène sur Terre. L'un des mécanismes qui explique cette hétérogénéité est le déferlement d'ondes internes.

La génération d'ondes internes en laboratoire

Le principe consiste à réaliser un fluide stratifié: pour cela , on utilise deux bacs communiquant avec des eaux de densité différente, l'un des bac est agité et de l'eau est pompée pour remplir un réservoir dont l'eau sera alors stratifiée. Ensuite, on génère des ondes. La méthode d'observation est la Synthetic Schlieren . Remarque: La vitesse de phase et la vitesse de groupe sont orthogonales pour ces ondes.

Une autre technique est la vélocimétrie par imagerie de particules PIV: le déplacement de particules permet de calculer une vitesse. Ces ondes sont instables: il apparaît des choses à plus petite échelle, il est donc plus facile d'avoir du mélange.

De nouveaux paramètres peuvent être pris en compte comme l'influence de la rotation: on peut le modéliser avec un aquarium sur une table tournante pour la prendre en compte.

Mission articmix

Je suis parti en mission 5 semaines sur l'océan Arctique pour faire des mesures dans la mer de Beaufort sur le fleuve Mackenzy. Les tempêtes de surface sont des sources majeures des ondes internes qui génèrent donc le mélange. L'océan Arctique est protégé des tempêtes par la glace sauf que la banquise se réduit et donc crée une nouvelle dynamique ce qui rend possible l'apparition de vagues internes.

Les moyens de mesure sont de trois types:

le mouillage est un grand câble de 3 km sur lequel on place des sondes de température, un capteur de courant par effet Doppler, des sondes rampantes qui permettent des mesures en continu, et l'ancre qui reste au fond de l'océan en permanence. Il reste trois semaines;
les sondes tractées mesurent également la température, la conductivité et la turbulence de l'océan.
les Sondes yo-yo s’utilisent lorsque le bateau est à l'arrêt, elles sont descendues jusqu'à 3500 m de profondeur, elles récupèrent des échantillons d'eau , elles mesurent la salinité, température.

A l'aide des données de ces sondes, on obtient les résultats suivants: la température de surface diminue en allant vers le Nord et à -2 ° C , l'eau gèle.

Les profils densité et salinité sont très proches, les profils de densité sont en marche d'escalier et sont dus à des effets de double diffusion (chaleur/ salinité), on observe une zone chaude à 6°C sans trop d'explication. Pour les données température, elles correspondent en surface aux échanges eau/atmosphère mais en profondeur elles se rapprochent des courbes de salinité/gravité car il y a un brassage des eaux du aux vagues internes.

Changement climatique, pourquoi et en quoi l'agriculture française est concernée?

Patrick Bertuzzi (INRA Avignon)

Le lien vers la vidéo et le diaporama synchronisé.

Résumé :

Les conclusions du 5ieme rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat sont sans ambiguïté. Le climat se réchauffe. Une valeur de +1,3 °C c’est le réchauffement qu’a connu la France entre 1901 et 2012. A l’horizon 2020-2050, est attendue une hausse supplémentaire des températures moyennes sur la France, comprise entre +0,6 °C et +1,3 °C, toutes saisons confondues, plus importante dans le Sud-Est et un risque plus important d’événements extrêmes (canicule et sécheresse). A l’horizon 2070-2100, l’avenir dépendra du scénario, des émissions futures de gaz à effet de serre. Dans le cadre d’un scénario RCP 8.5, du laisser-faire, la température moyenne annuelle de la France augmentera de + 3,5 °C. Elle sera accompagnée d’une diminution des pluies particulièrement dans la moitié Sud de la France et d’une forte augmentation du risque d’événements extrêmes. Le scénario sobre, RCP 2.5, permettra de contenir les effets négatifs. L’augmentation de température sera en deçà de 2°C à l’horizon 2100 mais ce scénario suppose une réduction des émissions mondiales de 40 à 70 % avant 2050.

L’agriculture doit s’adapter vers des conditions globalement plus sèches, plus chaudes et plus risquées. Du fait de leur caractère annuel, les grandes cultures (blé, maïs, etc.) présentent potentiellement une plus grande plasticité d’adaptation au niveau des itinéraires techniques comme au niveau de la sélection de nouveaux génotypes. L’adaptation des cultures pérennes (sylviculture, viticulture, arboriculture) est plus problématique et devrait mieux être mieux anticipée. Dans le cas du scénario du « laisser faire », la question du repositionnement géographique sera posée à terme.

L’agriculture représente environ 20 % des émissions de gaz à effet de serre. Les émissions, très majoritairement non énergétiques sont liées à la mise en illustration de processus biologiques de l’activité agricole. L’agriculture émet 68 % des émissions de méthane et à 86 % des émissions d’oxyde nitreux, gaz à effet de serre dont l’efficacité radiative est respectivement 25 fois et 298 fois plus élevée que le gaz carbonique. Les modalités d’atténuation des émissions impliquent l’adaptation des pratiques agricole favorisant notamment le stockage de carbone dans les sols.

Figure 1.2. Patrick Bertuzzi (INA Avignon)
Patrick Bertuzzi - (INRA Avignon)

Figure 1.2. Patrick Bertuzzi (INA Avignon)
Patrick Bertuzzi - (INRA Avignon)

Le climat change

Depuis 400 000 ans il y a une oscillation entre période glaciaire et période interglaciaire sans que la quantité de CO2 ne dépasse 300 ppm, actuellement 400 ppm. La France occupe le 17ème rang et les 18 premiers pays représentent les 3/4 des émissions. La contribution de l'agriculture est de l'ordre de 20% donc juste après les transports, elle est liée au traitement des lisiers, fumiers, aux activités des animaux et concernent surtout deux gaz: le méthane et l'oxyde nitreux.

Le changement climatique concerne surtout les étés pour la France 1.3 ° en moyenne et une augmentation des épisodes extrêmes les vagues de chaleur mais aussi les vagues de sécheresse: depuis 1990 il y a de plus en plus de surfaces affectées par les vagues de chaleur. La France se divise en deux parties, le Nord où il n'y a pas trop de changement et le Sud avec une augmentation des températures et un déficit hydrique de plus en plus accru l'hiver où se recharge les nappes.

Les impacts

Le rendement du blé tendre depuis 1990 stagne et ne suit pas les progrès de la génétique, on explique cette stabilité principalement par des paramètres climatiques.

D'une façon générale, pour les céréales et pour les légumineuses, les résultats sont identiques. En revanche, le rendement de la betterave à sucre augmente beaucoup dans le Nord de la France.

Si l'on considère les cultures pérennes plantées sur plusieurs années comme le pommier, on constate que la floraison est décalée mais dans le Sud elle recule de nouveau à cause de la levée de dormance ( pas assez de froid l'hiver ou décalage)

Pour la vigne, on note des perturbations des dates de phénologie avec un avancement de 30 jours en 50 ans mais aussi un effet sur la qualité des produits: une augmentation de un degré d'alcool des vins est due à une augmentation de la quantité de sucre dans le raisin.

La gestion des prairies est également modifiée: le manque de fourrage à cause des vagues de sécheresse est compliqué à gérer pour les éleveurs.

En ce qui concerne la forêt: c'est un milieu vulnérable présentant 2 types de problèmes, le dépérissement et l'encaissement des vagues de chaleur / vagues de sécheresse affaiblissent les végétaux et ils ne récupèrent pas ce qui est expliqué par une embolie gazeuse (création de poche d'air dans la sève) . Les forêts sont de plus soumises à des événements climatiques extrêmes comme les tempêtes. Le second problème est l'impact des maladies comme la processionnaire du pin qui progresse vers le Nord à la vitesse de 5 km/an.

Dans cette optique, une étude concernant le développement du feu bactérien chez les arbres fruitiers, l'étude est réalisée en Suisse.

Le contexte, les scénarios

Dans les 2 scénarios extrêmes proposés par les modèles climatiques RCP8.5 qui le scénario "si on ne change rien aux émissions actuelles" la température augmenterait de + 4.5° en moyenne et dans le scénario RCP2.6 que défend la COP21 l'augmentation serait de +2 °en moyenne. Dans les deux types de scénarios, il y a une forte augmentation aux pôles.

Pour le scénario RCP 8.5, on prévoit une augmentation du nombre et de l'amplitude des canicules, un déficit hydrique plus grand, la variabilité inter annuelle augmente aussi ce qui est problématique pour l'agriculture.

Les effets sur les cultures

Une augmentation de température et une augmentation de CO2 provoque une augmentation de la photosynthèse ce qui augmente la production de la matière végétale mais il y a également un effet sur la pénologie, on note donc une accélération du calendrier (5 jours pour la levée du blé par ° C)

La température chaude au moment épiaison est également problématique pour la céréale. Le confort hydrique d'une plante diminue ce qui entraîne une diminution du rendement.

Les pistes d'adaptation

Il y a donc nécessité d'un ajustement des systèmes agricoles au changement climatique:

La première piste serait les recherches en génétique sur l' amélioration: beaucoup de projets collaboratifs : le phénotypage consiste à accélérer la sélection des plantes. Il faut également acquérir des connaissances sur les processus et prévoir le futur en utilisant des modèles de phénologie, des modèles de culture, des modèles de maladies

Le travail sur le modèle du blé dans différents pays: plus il fera chaud, plus les rendements du blé vont diminuer 6 à 7% par degré d'augmentation.

la seconde piste serait de considérer la plasticité des systèmes:

exemple : le retard à la dormance pour les abricotiers pilotera le retard de la floraison

La plasticité des systèmes et les besoins d'anticipation: le matériel végétal qui répondra au changement sera le mieux adapté: il faudra tenir compte de la modification du calendrier et de la génétique pour la sélection pour adapter des pratiques agricoles. Dans le Sud, il faudra des transformations de systèmes et de production .

La dernière possibilité est le déplacement géographique de espèces: quelques exemples comme le remplacement du maïs par le sorgho à Toulouse, la culture de maïs se déplace vers le Nord, la vigne également. Les forêts vont devenir méditerranéennes .

Nous pouvons également considérer les pistes pour l'atténuation :

Réduire les fertilisants azotés: pour produire 1 Tonne de ces fertilisants, on rejette 2 fois plus de CO2 et en France la production s élève à de 2.8 millions de Tonne. Il faudrait donc améliorer l'efficacité des fertilisants et privilégier les fertilisants organiques, ou encore l’insertion de plus de légumineuses dans les rotations.

Pour le stockage du Carbone, on pourrait envisager des techniques sans labours, augmenter le couvert végétal...

Modifier la ration des animaux et changer de régime alimentaire (une vache donne l'équivalent en CO2 d'une voiture 4/4 qui roule 1000 km)

Mot d'ordre: intensification écologique dans les systèmes alimentaires mais aussi tester de nouveaux modes de cultures et de nouveaux modes de transformations et de commercialisation

site la glace et le ciel : www.laglaceetleciel.com

site les messager du climat www.messagerduclimat.com

site de l'INRA www.inra.fr/Grand-public/Réchauffement-climatique.

Relations volcanisme et climat à différentes échelles de temps

Guillaume le HIR (IPGP)

Le lien vers la vidéo et le diaporama synchronisé.

Résumé :

Les éruptions volcaniques peuvent modifier le climat à différentes échelles de temps. Par exemple, les températures moyennes mondiales ont chuté de 0.5°C 18mois après l'éruption du Mont Pinatubo (1991). Les volcans affectent le climat soit par les gaz et les particules de poussière directement injectés dans l'atmosphère lors des éruptions, soit par les composés qui dérivent des gaz injectés. Sur la base des grandes éruptions contemporaines, l’effet le plus durable résulte du dioxyde de soufre émis et transformé dans la stratosphère en aérosols sulfatés. Cependant, sur de longues périodes de temps (des milliers ou des millions d'années), des périodes d’intense activité volcanique, tels que la mise en place de trapps, peuvent élever les niveaux de dioxyde de carbone suffisante pour causer le réchauffement global significatif.

Figure 1.3. Guillaume Le Hir
Guillaume Le Hir - (IPGP)

Figure 1.3. Guillaume Le Hir
Guillaume Le Hir - (IPGP)

Le pinatubo, quelques années

12/16 juin 1991 éruption du volcan ayant un effet durable plusieurs mois plus tard.

L'assombrissement de l'atmosphère est due à des cendres très chaudes et en mesurant les infrarouges, on visualise le nuage. Celles-ci s'étendent sur plusieurs centaines de km. Au bout de quelques semaines, on observe plus de cendres dans l'atmosphère.

De même, on observe une grosse anomalie en SO2 dans la stratosphère, au bout de 30 jours la moitié a disparu et au bout de 6 mois il n’y a plus de S dans l'atmosphère.

En revanche les propriétés de l'atmosphère change; l'opacité augmente. Plus on s'éloigne de la date de l'éruption, plus elle augmente. Une anomalie plus grande dans la stratosphère mais pas forcément liée à des produits directs .

Sage 2 est un satellite qui a permis d'obtenir des images et on peut observer les propriétés optiques de l'atmosphère, on a pu constaté une augmentation de l'épaisseur optique lié à des produits sulfatés. SO2 diminue car il n'est pas stable dans l'atmosphère, il s'est oxydé pour former une grosse molécule qui s'est ensuite hydratée en aérosols sulfatés.

Pourquoi ces aérosols réduisent la température ? L'atmosphère absorbe dans IR c'est la vapeur eau et le CO2 qui sont des gaz actifs, le CH4 en revanche est dans la même bande d'absorption que H2O et a donc un impact moins grand.

Il y a une fenêtre spectrale: la réduction liée à la diffraction liée à une atmosphère non homogène 75% du rayonnement incident arrive à la surface. Avec les aérosols, il y a une moins grande place pour la fenêtre spectrale .

Le système est à l'équilibre radiatif : les entrées et les sorties sont à l'équilibre.

Avec un système avec les aérosols, le rayonnement incident est moins grand donc réduction des IR donc rééquilibrage des flux. Le SO2 est un gaz faiblement émis par les volcans mais le réservoir atmosphérique est très petit donc dès qu'il y en a un peu le déséquilibre est grand. Le CO2 est gaz beaucoup plus émis mais dans un grand réservoir donc pas de réchauffement associé à une éruption riche en CO2. Avec 0.4 ° de diminution pour une éruption comme le Pinatubo, les climatologues ont introduit ce paramètre dans les scénarios.

Les effets sur le million année

Les Trapps du Deccan date de 65 millions années et ont été mis en place en moins de 1 million année: il y a une bonne corrélation entre extinction / épanchement basaltique.

Sur les foraminifères qui sont des marqueurs de température, on peut constater une augmentation de 3 ° après les éruptions liés au trapps.

Les émissions de SO2 induisent un refroidissement et le CO2 induit un réchauffement.

Pour estimer le volume de gaz émis, le premier travail de terrain est l'estimation du volume de lave émis et on essaie de retrouver une bulle de gaz associé à des expériences en laboratoire.

3 phases dans l'éruption: la phase principale dure 200 000 ans. Les méthodes de mesure du temps par paléomagnétisme montre que 90% de temps le volcan est au repos et 10% en activité 30 pulses volcaniques donc le dégazage est non continu : par pulse la hauteur atteint la stratosphère.

On utilise le modèle dynamique c'est à dire le déplacement des nuages et la physique interaction rayonnement/ atmosphère pour connaître des températures. Pour avoir les interactions avec le cycle du Carbone, on utilise des modèles géochimiques et on insère ce modèle dans celui du climat, ensuite on ajoute le modèle du souffre et enfin on ajoute la dégradation de ces éléments. Il faut donc définir des conditions initiales fin du Crétacé 17°C 340 ppm CO2 , introduction dans le modèle : à court terme, le refroidissement est de 8° car la quantité de SO2 est 10 fois plus grande que le Pinatubo mais à long terme sur 200000 ans on note une augmentation de température de surface. Très étrange !

L'altération continentale pompe 2 CO2 tandis que la sédimentation carbonatée ne consomme que 1 CO2.

Pendant les trapps : Il y a une augmentation du flux de CO2 donc une augmentation de l'effet de serre, la température augmente ainsi que les précipitations d'où une augmentation de l'altération continentale et au final une consommation CO2 ce qui de fait entraîne un refroidissement. Mais avec SO2, on diminue la température avec un coup de froid donc moins d'altération. La situation est donc paradoxale: d'un côté il y a augmentation des émissions de CO2 (la source) mais le puits est moins efficace.

On voit cependant des successions de phase de refroidissement et de réchauffement sur une longue durée, on cherche encore.

Pendant les trapps, l'augmentation de CO2 et SO2 augmente les pluies acides et cela empêche la précipitation des carbonates .

aux très grandes échelles de temps

Les flux de carbone sont équilibrés, le seul flux qui fait entrer du Carbone c'est le volcanisme avec un flux très faible. Il impacte tout de même peut-être.

L'indice de dégazage peut être évalué par l'expansion océanique (modèle âge avec le paléomagnétisme ) pour obtenir un modèle du volcanisme. Le volcanisme bouge un peu mais pas énormément. Les flux de source sont égaux aux flux des puits . Altération fonction de T° et ruissellement et flux du volcanisme permet le calcul de PCo2 grâce à une équation à une inconnue. Le CO2 a une influence sur température.

ce qu'il faut retenir

particules solides, pas les plus importantes

gaz volcanique : il faut considérer les stocks soit de petite taille ( SO2) , pour le CO2 effet grand réservoir.

L'effet de serre, le cycle du carbone et leurs modifications : les causes principales des variations climatiques

Pierre Thomas . ENS Lyon.

Le lien vers la vidéo et le diaporama synchronisé.

Résumé :

Le climat mondial dépend pour une bonne part de l'importance de l'effet de serre, qui dépend de la teneur de l'atmosphère en GES, qui dépend largement du cycle du carbone et de ses variations. Comprendre et maîtriser (1) le mécanisme de l'effet de serre et (2) le "fonctionnement du (des) cycle(s) du carbone devrait donc être indispensable à toute personne s'occupant de climat. Et pourtant, que de "bêtises" et de lieux communs erronés entend-on de la part des médias ou des politiques, trouve-t-on sur divers documents, même officiels ...

Figure 1.4. Pierre Thomas
Pierre en pleine forme

Figure 1.4. Pierre Thomas
Pierre en pleine forme

Pourquoi ces 2 clés sont indispensables?

Le cycle carbone modifie le CO2 atm qui modifie l'effet de serre et donc le climat

Il faut cependant apprendre à se servir des clés avec quelques notions scientifiques:

réflexion/absorption/transmission : l'énergie absorbée par un corps le réchauffe .

Un corps émet des ondes électromagnétique selon la loi de Stephan . Plus un corps est chaud, plus il émet de l'énergie. La qualité de l'énergie est la longueur d'onde et varie avec la T° selon la loi de Wien

Le corps humain émet 9 microns dans IR, le soleil émet dans le visible, tout corps émet dans l'IR même un corps froid. La température augmente jusqu'à une certaine valeur où la T° est constante, le corps émet autant qu'il reçoit.

Si un corps est très froid et reçoit beaucoup d'énergie, il en émet moins qu'il en reçoit donc il en absorbe il se réchauffe et atteint à T° d'équilibre . Vice versa pour le corps chaud .

T° externe d'équilibre des planètes: la température varie à l'inverse de la racine carrée de la distance au soleil en négligeant les effets de l'albédo. Toutes les planètes se placent sur la courbe sauf Vénus, Mars, Titan car il y a la présence d'une atmosphère

le système est à l'équilibre : ce qui rentre = ce qui sort. La Terre reçoit énergie solaire 341 W/ m2 arrive et réémet 341 W/ m2

Certains gaz sont transparents à la lumière IR mais pas le méthane et le CO2 qui sont opaques aux IR. L'atmosphère est principalement transparente à la lumière incidente mais en revanche l'atmosphère est opaque aux IR réémis par la Terre.

Fonctionnement théorique d'une serre parfaite : lumière incidente traverse la vitre , le sol absorbe tout ; le sol renvoie 100 W vers la vitre et 50W part et 50 W revient etc....50+25+12.5+6.25+3.12+1.56 =100 W , nous sommes à l'équilibre...

Avec cette serre parfaite , la température passe de -18° à +30° mais la Terre n'est pas une serre parfaite.

L'effet de serre naturel rajoute +155 W/m2 aux 341 W/m2 . Actuellement , on ajoute les GES anthropiques .On ajoute de l'énergie , il y va donc y avoir une nouvelle T° d'équilibre avec comme enjeu de ne pas dépasser +2°

Deuxième clé : bien maîtriser le cycle du carbone

En surface air, eau , vie . Ce qui rentre les volcans et ce qui sort la fabrication des calcaires.

Le carbone se trouve dans l'atmosphère, la biosphère, l'océan, la croûte/ manteau. Le cycle du carbone est lié au cycle de l'oxygène .

Les échanges eau/air avec le Co2 qui dissout mieux dans l'eau froide ou bien qui se dégage dans l'air dans une eau plus chaude entraîne la circulation thermohaline en 1500 ans.

T° augmente, eau se réchauffe, Co2 est moins soluble dans l'eau, il passe dans l'atmosphère et augmente effet de serre, il peut y avoir emballement du système d'où les climatologues préconisent 2° seulement pou rassurer un certain contrôle.

Le deuxième flux correspond à la photosynthèse et la respiration 100 à 150 GT océanique ou atmosphérique. dans les écosystèmes à l'équilibre, le bilan est nul.

D'où vient le O2 qui n'est pas produit par l'Amazonie et par le plancton: il y a un autre cycle où la matière organique devient fossile (charbon, pétrole) A chaque fois que l'on fossilise du CO2, l'O2 augmente donc la concentration devrait augmenter ce qui n'est pas le cas. L'O2 a servi à oxyder du Fer, du Soufre peut-être de l'oxydation lors des subductions.

La fabrication du calcaire libère du CO2 et la précipitation en consomme, il y a donc équilibre. Lors de l'altération , la consommation atmosphérique est de 2 CO2, l'altération d'un basalte pompe plus que le granite car plus riche en silicates calciques . C'est une rétroaction négative c'est un thermostat lent.

Il existe un circuit qui remet du CO2 dans l'atmosphère c'est le volcanisme.

Le cycle du Carbone est équilibré mais peut être déstabilisé : les clathrates donnent des signes de déstabilisation et sont susceptibles de libérer du CO2.

4 exemples de modification du cycle:

1.L'exemple actuel: déséquilibre due à fabrication du ciment, transformation de la biomasse en CH4 (ruminant, et rizière) , la déforestation sans replanter , les labours, et enfin la combustion des combustibles fossiles .

2. Les variations quaternaires du cycle du carbone : les variations de température commence avant celles de CO2 . Les variations astronomiques déclenchent de 0.5° et beaucoup de rétroactions positives qui amplifient les variations initiales. Quand on modélise, on sait que l'on oublie certains paramètres amplificateurs.

3. Les variations il y a 400 millions années: à partir du dévonien, il y a une relation.

On connaît aussi quelques explications: au carbonifère, il y a la montagne hercynienne et un maximum de charbon se forme. Pour O2 et CO2 , il y a des périodes où les deux gaz évoluent de manière antiparallèle ou au contraire en parallèle. Au Carbonifère, il y a un déséquilibre en CO2 avec un maximum de fossilisation donc une période froide et au Crétacé, la haute température augmente le haut niveau de la mer et l' augmentation des précipitations des carbonates

4. L'épisode boule de neige voir le dernier bulletin APBG : au protérozoïque, sortie de giga trapps et super continent . Ensuite altération du basalte, d'où diminution du CO2 et emballement d'où boule de neige la sortie de cet épisode serait due au volcanisme.

il y a 2 milliard années, on note une diminution de la dynamique terrestre avec l' apparition des eucaryotes, l' accélération de la photosynthèse donc un déséquilibre d'où l'augmentation du O2.

Journée du 13 novembre 2015

Événements météorologiques extrêmes et changement climatique

Julien Cattiaux (Météo-France)

Le lien vers la vidéo et le diaporama synchronisé.

Résumé :

« Vous avez vu ce temps ? Jamais connu un épisode pareil... Encore la faute du changement climatique ! ». Si cette rengaine paraît familière, c'est qu'elle accompagne régulièrement chaque événement météorologique remarquable, qu'il soit « spectaculaire » par ses impacts, et/ou « extrême » selon des critères statistiques. Depuis la canicule européenne dévastatrice de l'été 2003, le réchauffement global s'est ainsi vu imputer nombre de vagues de chaleur, sécheresses, inondations, cyclones, tempêtes, et même... vagues de froid. Il n'est d'ailleurs pas rare d'entendre qu'en climat plus chaud, « il y aura plus d'extrêmes ». Cet exposé reviendra sur les bases physiques du changement climatique actuel, et dressera l'état de l'art des connaissances scientifiques sur l'évolution de différents types d'événements extrêmes météorologiques, en prenant soin de décoder les messages parfois trop simplistes relayés au grand public.

Figure 1.5. Julien Cattiaux
Julien Cattiaux - (Météo France)

Figure 1.5. Julien Cattiaux
Julien Cattiaux - (Météo France)

les événements extrêmes

Synthèse et rapport coordonné par le Giec crée en 1998 par l'ONU et l'OMM. Ce sont des connaissances scientifiques qui suivent la procédure peer-reviewied.

Un extrême est un événement météo: exemple la canicule de 2003 T° moy au mois août 31.5° les autres années autour de 25° c'est un événement rare. Le climat est l'ensemble des météos possibles, un extrême est dans la queue de l'histogramme.

La normale est défini sur 1981/2010, la météo n'est jamais sur la normale, c'est la variabilité climatique.

physique du climat , effet de serre et modélisation

Rayonnement et énergie : tout corps émet un rayonnement , il suit la loi de Stephan, tout corps tend à équilibre son énergie

Système Terre Atmosphère -Océan -continent - cryosphère

Effet de serre : la figure de référence est celle du GIEC

Bilan énergétique en déséquilibre entre l'équateur et le pôle est à l'origine des climats sur Terre

Modéliser le climat

Représenter le système climatique : on sépare les différentes composantes et on les décrit par les lois physiques , on discrétise les équations sur une maille, on considère les interactions et on lui donne l'énergie qui entre.

Base de données CMIP5

premier modèle de climat dans les années 1960 et diversification et maillage plus fin.

On confronte le modèle à la réalité et il y a une bonne adéquation de premier ordre sur la Terre

Le bilan énergie peut être équilibré avec un climat qui bouge , il y a des fluctuations de l'ordre de 0.4° , c'est la variabilité interne à toute les échelles espace et temps.

Changement climatique

3 paramètres entrent en jeu :

So quantité NRJ solaire par mètre alpha = albédo ( en fonction de la composition atmosphère) et ensuite sur le flux IR donc Te (température émission )

So augmente quand le soleil envoie plus d'énergie et varie à différentes échelles de temps longue ( 10 000 à 1 million année = changement paramètre orbitaux période glaciaire et inter glaciaire) échelle plus courte ( de la dizaine à centaine année = activité solaire période 11 ans )

Alpha : Albédo. Si alpha augmente, on réfléchit plus donc la température de surface diminue en cause les aérosols sources naturelles liés aux éruptions volcaniques qui atteignent la stratosphère, feux de forets, tempête de sable ou encore d'origine anthropique. Cependant les aérosols ont une durée de vie courte et sont lessivés par la pluie

Te: dépend de la composition de l'atmosphère. Si on ajoute GES, l'altitude d'émission s'élève donc te diminue et donc température renvoyée sur Terre est plus grande.

On mesure les concentrations des GES à durée longue donc CO2, CH4, et N2O et donc l'effet de serre additionnel

Le cycle saisonnier du CO2 lié à la respiration des plantes avec une augmentation récente qui atteint 398 ppm, à l'époque préindustrielle 280 ppm et à l'époque interglaciaire 180ppm époque glaciaire

Évolution de tous les forçages: forçage solaire (11 ans ), anthropique GES , volcanisme ( sur 1 ou 2 ans qui abaisse la température), aérosols si on fait la somme elle correspond aux GES anthropiques.

Il y a donc une modification du bilan énergétique dues aux rétroactions principalement positives ( H2O augmente le forçage initial, la glace qui fond moins réfléchissant, les nuages également ) Si on double la concentration en CO2 la température s'élève de 1.2°

Cet excès d'énergie se répartit un peu partout mais principalement dans les océans car leur masse et leur capacité calorifique est la plus grande. Le système s'échauffe mais il s'est arrêté il y a 17 ans donc on peut faire deux erreurs: trop petite période de temps et Temap n'est pas le seul indicateur .

Les scénarios

L'incertitude majeure est le choix du scénario. Fonte des glaces et de banquise dans le

RCP 8.5 et la libération de CH4 par les sols.

impact événement extrêmes

A quoi s'attend -t-on dans un monde plus chaud et pour un événement quelle est la probabilité de l’événement ?

Extrêmes de température : 2003 à la queue de l'histogramme aujourd'hui se retrouverait au milieu de la distribution. La forme de la distribution peut aussi changer mais en second ordre avec plus d'extrêmes. En 30 ans, on voit le décalage vers des températures plus élevés .

Cet événement est du au changement climatique, c'est faux car c'est un événement météo on peut estimer cependant la probabilité d’occurrence. Dans un monde naturel sans GES anthropique, la probabilité aurait divisée par 4. Dans 10 ans la probabilité est X40 mais avec une petite probabilité au départ.

Extrême hydrologique: cycle hydrologique va s'intensifier, les zones tropicales subissent une augmentation des précipitation et une diminution en zone désertique. les précipitation intenses seront également encore plus intenses : plus d'épisodes cévenoles et pour les sécheresses , augmentation probable en méditerranée

Pour les cyclones ; baisse ou constant mais en revanche ils seraient plus puissants ( intensité des vents et des précipitations ) pour les tempêtes pas de signaux non plus

Conclusion:

Le climat est la distribution de probabilité de la météo, il est piloté par des grands équilibres physiques, les activité humaines perturbent l'équilibre énergétique, changer le climat c'est modifier l'ensemble des météos possibles

Incertitudes liées à la modélisation du climat

Camille Risi (LSCE)

Le lien vers la vidéo et le diaporama synchronisé.

Résumé :

Les projections climatiques présentées dans les rapports du GIEC sont basées sur des simulations avec des modèles numériques de climat. Comment fonctionnent ces modèles? Quelles sont leurs sources d'incertitudes? Dans quelle mesure se sont-ils améliorés ses dernières années et quels sont les pistes d'amélioration pour les années à venir? Qu'est-ce qui est robuste et moins robuste dans les projections qu'ils produisent? Comment évalue-t-on la crédibilité de ces projections? Dans quelle mesure peut-on tester leur réalisme sur des variations climatiques passées? C'est à ces questions que nous essaierons de répondre. Puis nous présenterons le logiciel pédagogique de simulation du climat SimClimat. Quelles sont les différences par rapport aux modèles de climat utilisés dans les rapports du GIEC. Quels sont les avantages et les limitations d'un tel modèle?

Figure 1.6. Camille Risi
Camille Risi - (LSCE)

Figure 1.6. Camille Risi
Camille Risi - (LSCE)

les modèles du climat

Centré autour d'un modèle atmosphère tridimensionnelle en résolvant les équations de la mécaniques de fluides sur une grille de 100 à 300 km de coté donc les grands mouvements de l'atmosphère mais pas les phénomènes plus petits orages et donc les événements plus petits sont représentés de façon statistiques et non de manière explicite.

Les autres composantes introduisent le modèle océan, le modèle banquise, le modèle continent.

Les entrées du modèle sont les forçages: les forçages liés à l'utilisation des sols, les GES anthropiques mais aussi ceux naturels.

Les projections sont conditionnées à un scénario d'émission socio économique donc on n'est pas dans la prévision.

Le modèle est complexe, il tourne sur des supercalculateurs en plusieurs mois. Il simule toute la météo pour un paramètre toutes les 10 minutes et pendant 100 ans pour les projections climatiques.

Le couplage de différentes composantes sont nécessaires, plus récemment on a introduit la végétation dynamique, les écosystèmes marins et les chercheurs souhaitent ajouter d'autres composantes comme le cycle de l'Azote, les feux de foret...

Les modèles ont également gagné en résolution spatiale en 1990 500 km en 2007 en dessous de 100 km. On peut faire des simulations très fines sur 25 km donc sur un tout petit domaine.

Modèle de circulation générale = celui du Giec, il y a des modèles plus complexes ou plus simples = modèle aquaplanètes (sans les continents par exemple) qui sont utiles pour comprendre.

Le GIEC s'appuie sur CMIP c'est à dire l'ensemble des équipes mondiales qui proposent des modèles: chaque groupe de modélisation fait des projections ou des simulations pour tester les modèles ou pour comprendre donc des modèles simplifiés.

Il y a des sources d'incertitudes autour des modèles : par exemple pour les précipitations les modèles peuvent être d'accord entre eux ou pas comme au niveau des tropiques où la discordance est grande. En revanche, tous les modèles prévoient un assèchement sur la méditerranée.

La variabilité interne d'un modèle est grande à l'échelle d'une dizaine d'année mais pas forcément sur 100 ans et dépendent donc des conditions initiales.

Pourquoi les modèles sont-ils différents ? Les sources d'incertitudes sont liées: par exemple le changement de température quand il y a une augmentation de CO2.

L'écart type entre les modèles est un bon indicateur des sources d'incertitudes: ce sont les nuages qui sont la principale source d'incertitude. En fait, certains nuages ont un effet positif pour l'effet de serre ou négatif pour l'albédo; la compensation ne se fait pas de la même façon selon les modèles et la maille est très petite donc statistique.

Quand on s’intéresse aux impacts, on fait des projections régionales : les modèles fonctionnent sur un petit domaine et on le force par un modèle global, ils simulent correctement l'impact des montagnes mais on cumule les incertitudes d' un modèle régional et celui du modèle global.

Crédibilité ? Si tous les modèles sont d'accord, il y a une certaine crédibilité si non, comment savoir le modèle le plus crédible ? C'est celui qui répond le mieux au climat actuel (liés aux observations météo : les satellites ont apporté de nombreuses informations et principalement le satellite cloud sat qui permet de voir aussi la structure 3 D des nuages )

On teste les modèles: on note les modèles; la permanence dépend de la variable (paramètre) étudiée. Le meilleur modèle correspond à la moyenne des modèles.

Les modèles du présent ne sont pas forcement les meilleurs pour le futur. On cible les process comme la rétroaction de l'albédo de la neige. c'est une contrainte imposée pour être un bon modèle.

On regarde également le modèle dans le passé : on peut forcer les modèles pour le CO2 dans le passé et si c'est correct on peut penser qu'il sera bon aussi de l'avenir. Le modèle le plus sensible dans le passé n'est pas forcément le plus adapté au réchauffement du futur.

On peut tester les modèles sur les périodes chaudes comme l’Éocène mais les données sont moins nombreuses.

Il y a 6000 ans à l'Holocène forte augmentation des précipitations = période de mousson liée à un changement de précession, on peut ainsi vérifier que les modèles sont bien adaptés pour les précipitations.

Logiciel Simclimat

Le fonctionnement du logiciel: il est basé sur le modèle global de l'équilibre énergétique sur Terre en la considérant comme un seul point .

Ce logiciel de réaliser des simulations en tenant compte des différents scénarios proposés par le GIEC sur différentes échelles de temps, en tenant compte de différents paramètres astronomiques, des émissions de CO2, des rétroactions climatiques.

Ce logiciel peut être utilisé à différents niveaux d'enseignement:

1. au collège: on peut alors fixer les paramètres les plus complexes et travailler sur les émissions de CO2.
2. au lycée: le réglage des différents paramètres se fera par rapport à la problématique posée, le temps imparti à sa résolution et les connaissances des élèves.

Le téléchargement de ce logiciel ainsi quelques utilisations pédagogiques sont disponibles sur le site: Météo France Education

Chapitre 2. Atelier Rouen : QGis, outil d'intégration de données métérologiques et climatiques.

Eric Le Jan

Professeur de SVT
iFé-ENS-Lyon

                            Allée de Fontenay
                            69000
                            Lyon
                            <eric.lejan@ens-lyon.fr>

Carole Larose

Professeur de SVT
iFé-ENS-Lyon

                            Allée de Fontenay
                            69000
                            Lyon
                            <carole.larose@ens-lyon.fr>

Résumé

Cette activité a pour objectif de découvrir différents sites Météo France SYNOP et DRIAS : ces sites permettent d'obtenir des informations générales ainsi que des données téléchargeables sur la météorologie ainsi que la climatologie.

Les formats de production crossmedia poursuivent le même objectif, la mutualisation des productions. La librairie de Tremplin permet de se faire une idée de ce type de productions.

Table des matières

Les données des programmes
les objectifs
Introduction pédagogique de la séquence
Affichage dans QGis d'une carte des isothermes de Température pour un jour donné
Affichage dans QGis de données issues de différents scénarios pour des horizons de référence, proche et lointain dans le département du Rhône
Utilisation du site Drias pour la récupération de données mises à disposition.
Un exemple de traitement de données sur 30 ans : Températures Min et Max dans le Rhône.

Les données des programmes

La météorologie est un thème transversal dans les programmes de tous les niveaux de la primaire jusqu'au Lycée.

En TPE en Première S l’apparition pour deux ans du thème L'aléatoire, l'insolite, le prévisible croise la mise à disposition par Météo France des données de terrain et celles produites par les modèles de prévision. Les données Synop permettent de conserver une image des phénomènes météorologiques (températures, pluviométrie) qui se déroulent au jour le jour.

En spécialité SVT en Terminale S le thème "Atmosphère, Hydrosphère, Climats : du passé à l'avenir" permet aussi d'aborder les données mises à disposition sur le site DRIAS.

les objectifs

Cet atelier a un double objectif:

Utiliser des données météorologiques réelles SYNOP. Elles sont issues de différentes stations en France métropole principalement. Les données fournies au format csv pour une journée ou un mois peuvent être importées et traitées dans un logiciel de géoréférencement QGis. En utilisant le paramètre température, on peut alors pour les 42 stations de la métropole tracer les isothermes pour un jour donné de la température min ou de la température max et approcher ainsi la construction d'une carte météorologique des températures.
Utiliser les données du site DRIAS dédié aux modèles climatiques. La découverte du site permet de prendre connaissance des différents éléments essentiels à la compréhension de la construction des modèles climatiques: l'utilisation de données corrigées par rapport aux données brute, l'utilisation d'un modèle de référence, la période de référence sur 30 ans, les différents scénarios actuels envisagés...

Introduction pédagogique de la séquence

Voici une petite video d'appel pour introduire les notions de relevés de données, de prévisions, d'incertitudes ....

Figure 2.1. Un exemple de bulletin météo : prévisions du 19 au 26 Juillet 2015
Légende :Dans cette vidéo on voit un exemple de données relevées et tout le reste correspond à des modélisation sous forme de prévision à plus ou moins court terme. On peut noter en fin de vidéo 'apparition d'indice de fiabilité (3/5).

lien1 et lien2 vers la video (format pdf du document)

La problématique pourrait être alors: Comment la création de cartes géoréférencées à partir des données météorologiques et des modèles climatiques permet-elle de mieux comprendre les phénomènes étudiés ?

Affichage dans QGis d'une carte des isothermes de Température pour un jour donné

Les données métérologiques de la métropole ou encore des départements outre-mer peuvent être obtenues sont des données Synop qui fournissent des fichiers csv. Certaines données sont payantes mais d'autres données en revanche sont délivrées gratuitement .

Récupération des données Synop

SYNOP est le réseau d'observation météorologique mondial. Météo France fourni pour un nombre restreint de station des données.

Nous allons en utiliser un jeu.

Figure 2.2. données Synop
données SYNOP essentielles OMM (organisation météorologique mondiale)

Figure 2.2. données Synop
données SYNOP essentielles OMM (organisation météorologique mondiale)

Les données disponibles sont de deux ordres :

Les stations géoréférencées (la couche est déjà présente dans le projet fournit dans l'atelier)
Les données qui elles sont reliées aux station (ID stations SYNOP) mais pas géoréférencées.

Cette particularité impose de fusionner les données récupérées avec la couche de référence des stations c'est ce que nous allons faire.

Figure 2.3. téléchargement des données
téléchargement possible des données archivées depuis 1996 ou des données récentes sur la dernière quinzaine

Après le téléchargement des données d'intérêt, ouvrir le fichier csv et constater que de nombreuses données mesurées sont fournies comme la direction ou la vitesse du vent, la pluviométrie, les températures, la pression ainsi que des paramètres observés comme la visibilité, la description des nuages.

Figure 2.4. fichier csv
Ce fichier s'ouvre dans un tableur

Seules les initiales des paramètres sont présentées dans les entêtes du fichier. Vous avez une description des différents paramètres mesurés sur Synopdescription des paramètres synop

importation dans QGis

Les données Synop ne sont pas géoréférencées. QGis est un SIG (système d’information géographique) qui nous permet lorsque nous avons le numéro de la station d'effectuer ce géoréférencement.

Ce fichier pourra être importer dans le logiciel QGis selon la procédure suivante:

Ouvrir le logiciel et placer un fond de carte comme OpenStreetMap qui donnera un contexte géographique à votre projet: pour cela dans l'onglet internet, utilisez open layer plugin.
Dans l'onglet Mmqgis et combine attribut join from csv file

Copyright : 2015 Carole Larose

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International.

Figure 2.5. téléchargement des données
Fonctionnalité de ce logiciel permettant de fusionner les données SYNOP dans QGis

Vous pourrez alors intégrer le csv et en faire une couche shapefile .shp grâce à la correspondance num_sta et id string comme illustré ci-dessous. Les données auxquelles aucune correspondance n'est possible sont mises de côté dans un fichier nommé notfound.csv.

Copyright : 2015 Carole Larose

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International.

Figure 2.6. Illustration de la fenêtre popup
création de la couche vecteur et du fichier notfound
La couche créée est une couche vecteur shapefile et apparaît dans la fenêtre couche du logiciel. Vous pouvez alors la renommer et ouvrir la table d'attributs pour repérer les données intéressantes : t pour température , tnN pour les températures minimales et txN pour les températures maximales par exemple.

Copyright : 2015 Carole Larose

Cette illustration est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d'Utilisation Commerciale - Pas de Modification 4.0 International.

Figure 2.7. la couche vecteur et ses propriétés
la table d'attribut regroupe les informations contenues dans la couche

Traitement des données

Les données sont très nombreuses, pour ne conserver que les données d'intérêt à votre étude, il faut en supprimer. Ouvrir la table d'attribut, ne conservez que les données utiles pour votre étude: pour cela, passer en mode édition en activant le petit crayon.

Figure 2.8. mode d’édition dans la table d'attribut

Figure 2.8. mode d’édition dans la table d'attribut

Ensuite, supprimer les colonnes.

Figure 2.9. Supprimer les colonnes
modification de la table d'attribut

Il reste un traitement des données à effectuer: les températures sont indiquées en Kelvin, cependant nous sommes plus familiarisés avec l'unité des degré Celsius. Il y a dans QGis une fonction permettant la conversion. Utiliser pour cela la calculatrice de champs.

Figure 2.10. calculatrice de champs
la calculatrice de champs permet la réalisation d'opérations, de calcul statistiques

Figure 2.10. calculatrice de champs
la calculatrice de champs permet la réalisation d'opérations, de calcul statistiques

Vous allez donc créer une nouvelle colonne, un nouveau champ dans lequel vous aurez les valeurs de la température en Celsius. Le nom donné à ce nouveau champ est limité à 10 caractères, choisir le type de données (dans notre cas, ce sont des nombres décimaux). Utilisez alors la fonction champ et valeur.

Figure 2.11. création d'un nouveau champ
la création d'un champ permet de réaliser le calcul souhaité

Figure 2.11. création d'un nouveau champ
la création d'un champ permet de réaliser le calcul souhaité

Rechercher la ligne de la température et double cliquer dessus, ce paramètre arrive dans la fenêtre expression. Il suffit ensuite de soustraire 273.15 pour obtenir le résultat qui s'affiche alors dans aperçu du résultat, la valeur s'affiche alors en degré Celsius.

Figure 2.12. expression et résultat
Dans cet exemple "t" est la valeur en Kelvin et le nouveau champ temp°C indiquera la valeur en degré Celsius.

Figure 2.12. expression et résultat
Dans cet exemple "t" est la valeur en Kelvin et le nouveau champ temp°C indiquera la valeur en degré Celsius.

Vous avez donc maintenant une nouvelle colonne dans votre table d'attributs qui contient les valeurs de température en degré Celsius.

Pour gagner du temps, dans le projet que nous vous livrons vous avez déjà une colonne temp°C crée avec pour l'instant des valeurs nulles. C'est cette colonne qui sera utilisée pour le calcul. Dans ce cas, dans la calculatrice de champ, vous choisissez mise à jour d'un champ déjà existant et dans le menu déroulant vous sélectionnez le paramètre.

Figure 2.13. Mise à jour d'un champ déjà existant.
Utilisation d’une colonne déjà existante dans la table d'attribut

Figure 2.13. Mise à jour d'un champ déjà existant.
Utilisation d’une colonne déjà existante dans la table d'attribut

C'est ensuite la même manipulation que précédemment.

Ces données seront utiles pour réaliser votre "carte météorologique"

Réaliser une carte des isothermes

Sélectionner la couche vecteur dans laquelle vous venez de créer votre nouvelle colonne, elle apparaît en surbrillance bleue. Dans l'onglet vecteur, choisir contour et on crée ainsi deux nouvelles couches vecteurs, une ligne qui correspondra aux lignes isothermes qui réunissent les points d'égales température et une couche vecteur pour le remplissage. Le nombre de 10 est assez cohérent en utilisant la méthode quantile.

Figure 2.14. Outil contour.
l'outil contour permet de fabriquer soit des lignes isothermes, soit des isoplaques soit les deux en même temps.

Figure 2.14. Outil contour.
l'outil contour permet de fabriquer soit des lignes isothermes, soit des isoplaques soit les deux en même temps.

le résultat obtenu dans QGis

Vous pourrez ensuite dans les propriétés de la couche changer le style: la palette de couleur, la transparence, le nombre de classe éventuellement.

Figure 2.15. Style de la couche vecteur.
Dans l'onglet style en bas à droite, vous pourrez enregistrer les modifications des propriétés de votre couche en .qml

Figure 2.15. Style de la couche vecteur.
Dans l'onglet style en bas à droite, vous pourrez enregistrer les modifications des propriétés de votre couche en .qml

Le résultat peut alors ressembler à celui-ci

Figure 2.16. La zonation en France des températures pour le jour choisi.
Cette carte ne respecte pas les contours de la France parce que la classification génère des lignes qui ne dépendant que des 40 stations relevées sur SYNOP; plus les données seront nombreuses, meilleure sera la résolution.

Figure 2.16. La zonation en France des températures pour le jour choisi.
Cette carte ne respecte pas les contours de la France parce que la classification génère des lignes qui ne dépendant que des 40 stations relevées sur SYNOP; plus les données seront nombreuses, meilleure sera la résolution.

Cette carte permet ensuite aux élèves plus facilement d'établir une visualisation des données brutes fournies par les différentes stations Synop. On peut ainsi établir de façon simple et visuelle des comparaisons entre des jours différents dans une région donnée ou encore entre les différentes régions.

Utilisation des données de la météorologie et modèle climatique

Les données de la météorologie sont des données réelles issues de mesures par les capteurs des différentes stations référencées en France ou outremer.

Les climatologues construisent des modèles climatiques en utilisant les scénarios fournis par le GIEC (groupe intergouvernemental d'expert sur l'évolution du climat) pour travailler sur les climats du futur. Pour évaluer la pertinence de ces modèles, les scientifiques construisent aussi des modèles de référence qu'ils corrigent en prenant en compte les données réelles issues des mesures enregistrées par les capteurs. En première approche, les scientifiques estiment qu'un modèle de référence cohérent le sera aussi pour les projections climatiques.

Il y a en France deux grandes institutions qui travaillent sur les climats et leurs modèles: Météo France et l'institut Pierre Simon Laplace.

Affichage dans QGis de données issues de différents scénarios pour des horizons de référence, proche et lointain dans le département du Rhône

Utilisation du site Drias, les futurs du climat.

Drias est un site crée en partenariat Météo-France et les laboratoires de modélisation du climat. Il propose trois espaces : un espace de découverte qui présente des cartes en deux parcours, un parcours d’initiation et un parcours expert, un espace d'accompagnement avec un apport de connaissances, un espace données et produits où sont téléchargeables les données.

Pour rejoindre le site cliquez sur ce lien.

Présentation simplifiée des modèles climatiques

Les différents modèles reposent sur des Scénarios RCP les anciens scénarios SRES ne sont plus utilisés.

les différents modèles

Les scientifiques ont défini des profils représentatifs d’évolution de concentration de gaz à effet de serre, d'ozone et de précurseurs des aérosols représentatives d’un accroissement du bilan énergétique: les RCP (Representative concentration pathways).

À partir de ces profils de référence, les équipes travaillent simultanément et en parallèle: les climatologues produisent des projections climatiques utilisant les RCP comme entrée, tandis que les sociologues et les économistes élaborent des scénarios débouchant, en sortie sur des émissions de gaz à effet de serre cohérents avec les RCP exprimé en W/m2, un forçage radiatif est un changement du bilan radiatif (différence entre le rayonnement entrant et le rayonnement sortant) au sommet de la troposphère (situé entre 10 et 16 km d’altitude), dû à un changement d’un des facteurs d’évolution du climat – comme la concentration des gaz à effet de serre.

Figure 2.17. Les différents scénarios RCP utilisés par le GIEC
le scénario RCP2.6 intègre une politique de réduction des émissions à effet de serre.

Figure 2.17. Les différents scénarios RCP utilisés par le GIEC
le scénario RCP2.6 intègre une politique de réduction des émissions à effet de serre.

Ces scénarios climatiques permettent de proposer une évolution de la température moyenne sur Terre sur des horizons proche et lointain.

Figure 2.18. Les différents scénarios RCP et l'augmentation de température attendue
les parties grisées autour des courbes correspondent aux intervalles d'incertitude.

Figure 2.18. Les différents scénarios RCP et l'augmentation de température attendue
les parties grisées autour des courbes correspondent aux intervalles d'incertitude.

L'augmentation de température dans un futur est un fait avéré par la communauté scientifiques, les enjeux seront maintenant liés à l'adaptation des hommes face à cette augmentation et aux efforts d'atténuation.

les différentes échelles considérées

Il existe des modèles climatiques globaux, à résolution variable (renforcement de la résolution dans une zone précise), régionaux seulement en Europe par exemple et offre donc une grande résolution spatiale permettant une meilleure représentation du climat local et enfin les modèles hydrométéorologiques qui étudient principalement les paramètres hydrologiques de surface.

les corrections possibles

Pour un paramètre donné, les moyennes données par le modèle de référence sont assez proches de la moyenne des mesures. En revanche, pour les extrêmes, le modèle sous-estime les températures les faibles et sur-estime très légèrement les températures les plus fortes. Il est donc nécessaire dans certains cas de corriger certaines variables. La méthode de correction utilisée appelée quantile/quantile n'est pas linéaire.

Pour plus d'informationsce lien.

les sources d'incertitudes

Les incertitudes sont nombreuses dans les modèles climatiques. Elles sont de trois ordres:

la variabilité naturelle, les incertitudes scientifiques et techniques, les incertitudes socio-économiques. Une petite vidéo illustre de façon simple ici ces trois incertitudes.

Figure 2.19. Voir la video
Video sur les incertitudes.

lien1 et lien2 vers la video (format pdf du document)

La modélisation climatique revêt donc un caractère probabiliste.

Les cartes en export .pdf

Dans le site Drias, dans l'espace découverte et parcours d'initiation vous avez accès directement à des cartes simplifiées pour un paramètre donné (par exemple la température) pour les différents scénarios et les horizons. Ces cartes peuvent s'exporter au format .pdf . Le parcours expert procure également des carte mais vous offre de multiples choix possibles pour les paramètres , le pas de temps....

Figure 2.20. Copie d'écran pour la température
Cartes téléchargeables en export pdf dans le parcours découverte du site Drias .

Figure 2.20. Copie d'écran pour la température
Cartes téléchargeables en export pdf dans le parcours découverte du site Drias .

Utilisation du site Drias pour la récupération de données mises à disposition.

La mise en place des données obéit à plusieurs objectifs :

Disposer d'un projet disponible hors ligne avec les élèves
Disposer d'un projet source et proposer aux élèves de le retravailler
Publier le projet sur le Cloud QGIS ou le serveur QGIS de Tremplin pour l'enseignement des sciences.

Introduction :

Pour rejoindre le site cliquez sur ce lien.

La page se présente comme sur l'illustration ci-dessous.

Figure 2.21. Le site DRIAS
Légende: le site présente une interface de consultation et une interface de récupération de données qui nécessite une authentification?

Figure 2.21. Le site DRIAS
Légende: le site présente une interface de consultation et une interface de récupération de données qui nécessite une authentification?

Créer son compte

Deux étapes sont nécessaires pour créer son compte

données et produits

Dans cet espace du site, vous pourrez demander l'ouverture de votre compte en ouvrant le volet "vous voulez demander la création d'un compte pour l'espace Données et Produits"

Figure 2.22. ligne surlignée
Le point d’entrée pour la création du compte

Figure 2.22. ligne surlignée
Le point d’entrée pour la création du compte

Remplir le formulaire et envoyer votre demande.

Figure 2.23. le formulaire à remplir
Un formulaire à remplir précisément.

Figure 2.23. le formulaire à remplir
Un formulaire à remplir précisément.

Votre demande sera examinée en quelques heures et vous recevrez un mail de Données Publiques Météo-France où vous sera communiqué votre identifiant de connexion ( l'adresse mail que vous aurez saisie) et votre mot de passe.

Connexion au site et changement du mot de passe

Pour changer de mot de passe il faut se connecter sur le site "donneespubliques.meteofrance.fr".

Une fois authentifié vous devez cliquer sur le lien "Voir mon compte". L'illustration ci-dessous montre la localisation de ce lien.

Figure 2.24. Accéder à son compte.
Le compte est à valider sur le site de Météo France.

Figure 2.24. Accéder à son compte.
Le compte est à valider sur le site de Météo France.

Une fois arrivé dans les préférences du compte changez votre mot de passe. Cette étape est importante car le mot de passe demandé sur DRIAS sera ce nouveau mot de passe.

Figure 2.25. Les options du compte
Les paramètres du compte.

Figure 2.25. Les options du compte
Les paramètres du compte.

Vous pouvez maintenant accéder aux données sur le site DRIAS.

Les données récupérées peuvent être utilisées dans le logiciel QGIS.

Récupération de données

Les données disponibles sont accessibles par le catalogue des produits. Une fois le modèle choisi on accède à un ensemble de choix qui permettent de trier les données que l'on souhaite utiliser.

Figure 2.26. L'aspect du catalogue
Le choix du jeu de données choisi dépend des scenarios que l'on souhaite utiliser ainsi que du fournisseur de données.

Le choix des données est guidé par ce que l'on veut réaliser. Dans notre exemple, nous avons besoin des relevés de pluviométrie pour une période du mois de Juin 1997 en Seine Maritime.

Choix du jeu de données

En ce qui nous concerne, nous avons besoin de données de références. Une solution consiste à utiliser par exemple les données corrigées du Scénario SRES en métropole pour la simulation IPLS2012.

Figure 2.27. Le jeu de données choisi
Une simulation est sélectionnée avant d'aller plus loin.

Figure 2.27. Le jeu de données choisi
Une simulation est sélectionnée avant d'aller plus loin.

On découvre alors un ensemble de critères qui permettent d'affiner la sélection des données.

La sélection du type et de la localisation des données

La sélection commence par un choix dans les sous-catalogues.

Figure 2.28. Sélection de données de référence
Les références sont des données issues d'un modèle.

Figure 2.28. Sélection de données de référence
Les références sont des données issues d'un modèle.

Les données peuvent être triées par années et par mois ou par saison.

Figure 2.29. Sélection de la durée de recueil des données
Pour le tri par mois on commence par tout déselectionner.

Figure 2.29. Sélection de la durée de recueil des données
Pour le tri par mois on commence par tout déselectionner.

On peut ensuite géolocaliser les données. Le choix permet de prélever un nombre de points compatible avec l'extraction. Parfois si la couverture géographique dépasse le nombre de points autorisé il faudra procéder en plusieurs fois.

Figure 2.30. Sélection de la géolocalisation
Le panneau de sélection des points de maille du modèle à utiliser.

Figure 2.30. Sélection de la géolocalisation
Le panneau de sélection des points de maille du modèle à utiliser.

On peut vérifier l'emprise avec l'affichage qui suit.

Figure 2.31. Sélection de l'emprise géographique.
Un exemple de sélection par département, ici la Haute Normandie (76)

Figure 2.31. Sélection de l'emprise géographique.
Un exemple de sélection par département, ici la Haute Normandie (76)

Puis c'est au tour de la sélection des paramètres. Il faut alors faire des choix qui dépendent du type de paramètre choisi.

Ces choix portent sur les unités mais aussi parfois sur des détails des paramètres (pluviométrie liquide ou solide ... )

Figure 2.32. Sélection des paramètres et des unités de chacun d'entre eux.
Une précaution importante est le choix de l'unité dans laquelle les données seront assemblées.

Figure 2.32. Sélection des paramètres et des unités de chacun d'entre eux.
Une précaution importante est le choix de l'unité dans laquelle les données seront assemblées.

Il reste à choisir le format du fichier qu'on souhaite récupérer. Le meilleur pour nous est le format txt avec comme séparateur la virgule.

Figure 2.33. Sélection de l'emprise géographique.
Une dernière précision le choix du séparateur de valeurs, la virgule est un choix pertinent.

Voilà en cliquant sur valider vous allez maintenant basculer dans l'exportation des données au format zip.

La récupération du fichier zippé et l'intégration des données dans QGIS.

La première étape renvoie une sorte de confirmation du type de la donnée commandée.

Figure 2.34. Validation des données à télécharger
L'assemblage du jeu de données est réalisé par le moteur du site, plus ou moins rapidement.

Figure 2.34. Validation des données à télécharger
L'assemblage du jeu de données est réalisé par le moteur du site, plus ou moins rapidement.

Un clic sur la flèche verte conduit à la page de réception du zip réalisé par le site.

Figure 2.35. Suivi du téléchargement.
Le fichier près est disponible au téléchargement.

Figure 2.35. Suivi du téléchargement.
Le fichier près est disponible au téléchargement.

Il suffit alors d'actualiser pour voir le zip s'afficher. Cette étape peut prendre pas mal de temps. Plus vous avez de données dans le fichier commandé plus c'est long.

Intégration des données dans QGIS

QGIS est capable d'importer un fichier txt pourvu que deux données soient présentes, la latitude et la longitude pour chacun des points de données.

QGIS est aussi capable de traiter un fichier pour le transformer en fichiers contenant des données plus restreintes.

Pour notre travail nous allons extraire les jours de Juin qui nous intéressent.

Vous pouvez télécharger QGIS en suivant ce lien. C'est un logiciel qui fonctionne sous Windows, Mac OS X et Linux.

Importer le fichier txt

Le fichier texte au format txt livré par DRIAS a une entête qui décrit l'ensemble de données qu'il contient.

Il convient de se souvenir que les données récupérées ne sont pas des observations mais des résultats du traitement de données d'observation.

Figure 2.36. Structure du fichier .txt.
L'entête qui devra être négligée pour l’import dans le projet QGIS

Figure 2.36. Structure du fichier .txt.
L'entête qui devra être négligée pour l’import dans le projet QGIS

Le corps des données est situé plus bas et chaque donnée est séparée par une virgule. Dans l'exemple nous disposons :

De la date de la donnée
De la latitude
De la longitude
De la valeur en mm des précipitations

DRIAS livre des données en WGS 84. Il est donc important de préciser le "SCR" ^[1] lors de l'import.

QGIS importe les données comme une couche vecteur (Shape file) de type "point".

Voici la fenêtre d'import proposée par le menu "couche" et l'option "une couche de texte délimité"

Figure 2.37. Paramètres d'importation.
Vous pouvez constater que le format "csv" a bien placé les valeurs en colonnes. Les 27 lignes d'en-tête sont ignorées, le champ X (longitude) et le champ Y (latitude ) sont renseignés.

Figure 2.37. Paramètres d'importation.
Vous pouvez constater que le format "csv" a bien placé les valeurs en colonnes. Les 27 lignes d'en-tête sont ignorées, le champ X (longitude) et le champ Y (latitude ) sont renseignés.

Il reste à valider, ce qui fait apparaître le choix du SCR ^[1] .

Il faut donc choisir WSG 84 comme sur l'illustration ci-dessous.

Figure 2.38. Choix du SCR.
Le choix de la projection est essentiel et doit être compatible avec le projet dans lequel on importe la couche.

Vous pouvez visualiser ci-dessous l'enchaînement de ces étapes.

Figure 2.39. Intégration d'une couche au format texte délimité
Suivez la vidéo et réalisez en parallèle les étapes sur votre machine

lien1 et lien2 vers la video (format pdf du document)

Une fois les données chargées, on peut commencer à traiter les données.

Trier les données et en extraire une partie

L'affichage de la table d'attributs permet de classer les données. Pour les données de pluviométrie on peut extraire une journée pour l'ensemble des points de la carte.

Il suffit ensuite de sauvegarder la sélection pour récupérer une couche shapefile exploitable.

Figure 2.40. Sélection de données.
Un exemple d'extraction pour le 15 Juin 1997 pour l'ensemble des points sélectionnés.

Figure 2.40. Sélection de données.
Un exemple d'extraction pour le 15 Juin 1997 pour l'ensemble des points sélectionnés.

Cette opération doit être renouvelée autant de fois que nécessaire.

Choisir un style et catégoriser

La présentation des données repose sur l'utilisation des outils de "style" et de "classement" de QGIS.

Dans notre cas nous pouvons utiliser un classement par catégories de quantité de pluie reçue pour chaque point de la couche.

La présentation des résultats peut se faire avec une symbologie de type point en lui appliquant un dégradé de couleur.

On obtient le résultat proposé dans l'illustration ci-dessous pour la journée du 17 juin. On peut donc relier la coulée de boue à ces précipitations sans perdre de vue que les valeurs sont ici pour cette date le résultat de l'application d'un modèle de simulation (données corrigées).

Figure 2.41. Choix d'une couleur et d'un tri des données.
Une fois les choix valider on peut sauvegarder un fichier au format .qml qui sera applicable à d'autres jeux de données similaires.

Figure 2.41. Choix d'une couleur et d'un tri des données.
Une fois les choix valider on peut sauvegarder un fichier au format .qml qui sera applicable à d'autres jeux de données similaires.

Le choix d'un affichage des valeurs de pluviométrie via le menu "étiquettes" assure un accès direct aux données lors de l'affichage de la couche.

Figure 2.42. Affichage de la couche et visualisation des données.
L'affichage gradué du paramètre pluviométrie.

Figure 2.42. Affichage de la couche et visualisation des données.
L'affichage gradué du paramètre pluviométrie.

Un exemple de traitement de données sur 30 ans : Températures Min et Max dans le Rhône.

Les modèles climatiques prennent en compte des données sur 30 ans. Pour travailler sur les données climatiques il faut donc se placer en situation de pouvoir travailler sur une telle durée.

La contrainte principale est donc de traiter les données disponibles pour disposer de valeurs moyennes sur 30 ans pour les points des couches que nous souhaitons construire.

Présentation rapide des données du site Drias

Deux éléments à titre de rappel, les scénario RCP et la notion de modèle climatique.

Présentation des scénarios

Les scénarios RCP, ce sont les plus récents. Les scientifiques ont défini des profils représentatifs d’évolution de concentration de gaz à effet de serre, d'ozone et de précurseurs des aérosols représentatives d’un accroissement du bilan énergétique: les RCP (Representative Concentration Pathways).

Exprimé en W/m2, un forçage radiatif est un changement du bilan radiatif (différence entre le rayonnement entrant et le rayonnement sortant) au sommet de la troposphère (situé entre 10 et 16 km d’altitude), dû à un changement d’un des facteurs d’évolution du climat – comme la concentration des gaz à effet de serre.

Figure 2.43. Les forçages radiatifs
Les paramètres pris en compte par les Scénarios RCP.

Figure 2.43. Les forçages radiatifs
Les paramètres pris en compte par les Scénarios RCP.

Comprendre les modèles climatiques

Les données des modèles climatiques ne correspondent pas à des données réelles même si elles sont confrontées avec celles-ci dans le modèle de référence pour éviter les trop grandes distorsions.

Nous allons utiliser les données climatiques du modèle Météo France (il y a également l’institut Pierre Simon Laplace qui travaille sur les modèles climatiques).

Comme pour les données météo, nous allons les insérer dans QGis pour réaliser des cartes régionales cette fois-ci car les données climatiques pour être cohérentes sont sur une période de 30 ans ce qui représente de nombreuses données à traiter.

Télécharger les données Drias dans QGis

Dans cet atelier nous allons limiter la collecte à 4 points du département du Rhône. Cela permettra d'obtenir rapidement les données et de présenter simplement les éléments du traitement.

On se limitera aussi à un 1 mois sur une période de 30 ans entre 2020 et 2050.

Le projet vous fournit le traitement des 51 points du département pour le paramètre température. On prend en compte la moyenne des températures minimales et la moyenne des températures maximales.

La sélection des données : durées et localisation

Dans le site Drias, établir une connexion dans données et produits avec le login et mot de passe choisi. Choisir un mois sur un des scénarios RCP sur un horizon proche 2020-2050.

Pour la localisation, choisir 4 points dans une région donnée grâce à l’outil cercle ou carré. Nous travaillerons sur une petite surface pour limiter le temps de téléchargement et les manipulations à faire.

Figure 2.44. Les forçages radiatifs
Une fois la période de modélisation et le mois choisis on utilise la sélection "carrée" pour limiter les données à 4 points.

La sélection des données : Paramètre température

Choisir le paramètre Températures et sélectionner alors les températures minimales et maximales en Celsius.

Attention : l’unité de base de ce paramètre est le Kelvin K.

Le format du fichier à choisir est txt, le séparateur de champs est la virgule ce qui permet d'obtenir un fichiers csv.

Figure 2.45. Choix du format de fichier d'export.
Le format choisi permet d'importer confortablement les données dans QGIS.

Figure 2.45. Choix du format de fichier d'export.
Le format choisi permet d'importer confortablement les données dans QGIS.

Pour déclencher le téléchargement des données, validez la commande et pensez à actualiser la commande. Les deux écrans décrits dans ce paragraphe s'enchaînent.

Le fichier est zippé, il faudra donc le dézipper pour obtenir un fichier txt.

importer les données Drias dans QGis

Les données Drias sont géoréférencées, leur importation dans QGis sera donc guidée par les colonnes X (longitude) et Y(latitude) du fichier.

Dans le menu couche, choisissez "ajouter une couche" puis "ajouter couche texte délimité".

Figure 2.46. Le menu d'importation
Ce choix autorise l'import de données séparée par des virgules ou d'autres délimiteurs.

Figure 2.46. Le menu d'importation
Ce choix autorise l'import de données séparée par des virgules ou d'autres délimiteurs.

En utilisant le bouton parcourir , allez chercher le fichier txt correspondant à l'exportation des 4 points pour le mois choisit et la durée sélectionnée.

Ensuite, donner un nom à la couche.

Choisissez en cochant Format du fichier virgule (même format que le fichier Synop)

Définition de la géométrie : il s’agit d’une couche point

Sélectionnez le Champ X correspondant à la longitude et champ Y correspondant à la latitude.

Vous aurez un certain nombre de lignes à ignorer, toutes celles qui correspondent aux entêtes : origine, producteur, période…. Dans ce cas 45 lignes. On se rend compte qu'on est au bon niveau lorsque toutes les données sont bien rangées dans leurs colonnes.

Figure 2.47. Le popup de création de la couche
Les éléments sélectionnés permettent un import cohérent dans QGIS.

Après la validation, une nouvelle fenêtre popup s’ouvre pour choisir la bonne projection pour cette couche dans QGis.

Les données étant géoréférencées, cette information prend toute son importance. Drias livre des données dans la projection WGS84, c’est donc celle que vous sélectionnez.

Il faut aussi parcourir le disque dur de la machine pour aller nommer la couche. Ainsi le chemin s'inscrit dans le champ prévu à cet effet.

Figure 2.48. Le popup de création de la couche
Il est très important de parcourir le chemin jusqu'au dossier de stockage de la couche qui doit aussi être celui du projet ouvert.

Vos 4 points apparaissent sur votre carte et la couche crée dans la colonne de gauche avec les autres couches.

Vous avez donc une couche contenant pour le mois envisagé sur 4 localisations des données sur 30 ans pour la température min et pour la température max.

Traitement des données.

Nous pouvons donc calculer pour chacun de ces 4 points, les températures moyennes min et max.

Pour cela, nous allons créer deux colonnes :

Clic droit sur la couche et Ouvrir la table d’attribut puis dans le popup de cette table d'attributs on active le mode Édition.

On crée deux colonnes Tmoymin et Tmoymax en choisissant des données chiffres "nombre décimal" et une longueur de 6 caractères.

Figure 2.49. Les commandes d'édition de la table d'attributs
L'édition de la table permet d'ajouter des attributs.

Figure 2.49. Les commandes d'édition de la table d'attributs
L'édition de la table permet d'ajouter des attributs.

Titrer les deux colonnes Tmoymin et Tmoymax, le nombre maximum de caractère pour les entêtes est 8.

Figure 2.50. Le popup de création de la couche
Le choix du type d'attribut est essentiel. Pour un nombre décimal ne pas oublier le séparateur de décimales qui compte pour un caractère.

Sauvegarder.

Pour obtenir un point par couche, il faut séparer tous les points qu’elle contient en l’occurrence ici 4. Créer au préalable un dossier par exemple Lyonpoint dans lequel iront ces 4 couches Ensuite dans le menu vecteur, outil de gestion des données et séparer une couche vectorielle, nous allons les séparer par leur latitude (field 2) mais nous aurions aussi pu les séparer en longitude (field3)

Cette séparation va nous permettre de calculer pour chaque point les valeurs des températures recherchées puis nous regrouperons à nouveau ces points dans une nouvelle couche.

Figure 2.51. Menu séparation d'une couche
L'accès au menu permet de découper la couche en sous-couches qui permettent de travailler avec la calculatrice les données présentes.

Figure 2.51. Menu séparation d'une couche
L'accès au menu permet de découper la couche en sous-couches qui permettent de travailler avec la calculatrice les données présentes.

Il faut pour réaliser le découpage choisir l'attribut qui sert de référence.

Figure 2.52. Choix de l'attribut
Il faut un attribut qui sépare la couche en unités semblables.

Figure 2.52. Choix de l'attribut
Il faut un attribut qui sépare la couche en unités semblables.

Une fois l'attribut choisi il faut sélectionner le dossier créé précédemment pour enregistrer les couches qui résulteront du découpage.

Le résultat du découpage doit être importé dans un groupe dans le projet courant.

Ajouter les 4 couches vecteurs shapefile au projet en allant les chercher dans le dossier crée précédemment

Figure 2.53. Les couches à importer
La création du groupe dans le projet permet d'importer les couches en les gardant "rangées".

Figure 2.53. Les couches à importer
La création du groupe dans le projet permet d'importer les couches en les gardant "rangées".

.Vos 4 couches apparaissent dans le menu de gauche et sous forme de 4 points sur votre carte.

On peut dès lors faire le calcul et renseigner les colonnes Tmoymax , Tmoymin .

Cette étape nécessite la sélection de chaque couche à tour de rôle.

Vous disposez dans QGis d’un outil dans le menu vecteur, outils d’analyse et statistiques basiques pour calculer des valeurs dont la moyenne.

Sélectionner la première couche, le champ (field 4 pour Tmin, vérifier auparavant en ouvrant la table d’attribut) puis cliquer sur OK.

La moyenne s’affiche, relevez là sur un brouillon pour ensuite compléter la table d’attribut que vous aurez ouverte auparavant.

Avec le menu déroulant, choisir maintenant field5 pour faire la même manipulation et noter la valeur moyenne pour Tmax.

Reprenez les deux manipulations pour chacune des couches.

Figure 2.54. Calcul des données statistiques
Parmi les valeurs affichées sélectionnez celles qui vous intéressent..

Figure 2.54. Calcul des données statistiques
Parmi les valeurs affichées sélectionnez celles qui vous intéressent..

La dernière étape est de revenir à une couche unique contenant les nouvelles données créées. Il faut donc cette fois fusionner les 4 couches.

Une fois la fusion réalisée il restera à classer les entités sur la colonne Tmoymax ou Tmoymin, à sélectionner ces entités et à sauvegarder la couche en n'enregistrant que les entités sélectionnées.

Figure 2.55. Fusion des couches après leur traitement statistique.
La sélection des couches puis le choix dans les extensions de "fusionner couches" conduit à la couche finale..

Figure 2.55. Fusion des couches après leur traitement statistique.
La sélection des couches puis le choix dans les extensions de "fusionner couches" conduit à la couche finale..

La fusion va conduire à une couche de 4 points que nous pourront traiter pour créer une couche dont les attributs seront classés.

Figure 2.56. Le résultat de la fusion.
Les 4 points obtenus peuvent faire l'objet d'une classification "graduée".

Figure 2.56. Le résultat de la fusion.
Les 4 points obtenus peuvent faire l'objet d'une classification "graduée".

Le résultat de ce traitement est illustré ci-dessous pour les 51 points du Rhône et pour le scénario RCP6 pour la Tmoymin.

Figure 2.57. Le résultat du traitement "classification graduée"
Le résultat sur un département.

Figure 2.57. Le résultat du traitement "classification graduée"
Le résultat sur un département.

^[1] Système de Coordonnées de Référence)

Conclusion :

Cette session de Formaterre sera suivie en 2016 par une formation organisée de la même façon qu'en 2015 dans l'académie de Rouen. il s'agit d'une formation mixte distanciel et présentiel répartie sur une demi-journée et journée pleine.

Le présentiel sera consacré à l'installation de QGIS puis au traitement des données Synop. Une fois cette mise en usage réalisée les utilisations des données du site DRIAS seront approfondies.

Bonne utilisation de cette production et à l'année prochaine.

Navigation

Formaterre 2015 conferences et ateliers SIG

Consulter sur autres formats

Formaterre 2015 : Conférences et atelier SIG, traitement des données du réseau SYNOP et des Modèles Climatiques avec QGIS.

Éric Le Jan

Carole Larose

Publié par

Gérard Vidal

Introduction :

Chapitre 1. Conférences Formaterre 2015

Éric Le Jan

Carole Larose

Publié par

Gérard Vidal

Journée du 12 novembre 2015

présentation de Formaterre 2015

Mélange océanique et climat : à la chasse aux tempêtes dans l'océan Arctique

présentation des ondes internes

La génération d'ondes internes en laboratoire

Mission articmix

Changement climatique, pourquoi et en quoi l'agriculture française est concernée?

Le climat change

Les impacts

Le contexte, les scénarios

Les effets sur les cultures

Les pistes d'adaptation

Relations volcanisme et climat à différentes échelles de temps

Le pinatubo, quelques années

Les effets sur le million année

aux très grandes échelles de temps

ce qu'il faut retenir

L'effet de serre, le cycle du carbone et leurs modifications : les causes principales des variations climatiques

Journée du 13 novembre 2015

Événements météorologiques extrêmes et changement climatique

les événements extrêmes

physique du climat , effet de serre et modélisation

Modéliser le climat

Changement climatique

Les scénarios

impact événement extrêmes

Incertitudes liées à la modélisation du climat

les modèles du climat

Logiciel Simclimat

Chapitre 2. Atelier Rouen : QGis, outil d'intégration de données métérologiques et climatiques.

Eric Le Jan

Carole Larose

Les données des programmes

les objectifs

Introduction pédagogique de la séquence

Affichage dans QGis d'une carte des isothermes de Température pour un jour donné

Récupération des données Synop

importation dans QGis

Traitement des données

Réaliser une carte des isothermes

le résultat obtenu dans QGis

Utilisation des données de la météorologie et modèle climatique

Affichage dans QGis de données issues de différents scénarios pour des horizons de référence, proche et lointain dans le département du Rhône

Utilisation du site Drias, les futurs du climat.

Présentation simplifiée des modèles climatiques

les différents modèles

les différentes échelles considérées

les corrections possibles

les sources d'incertitudes

Les cartes en export .pdf

Utilisation du site Drias pour la récupération de données mises à disposition.

Introduction :

Créer son compte

données et produits

Connexion au site et changement du mot de passe

Récupération de données

Choix du jeu de données

La sélection du type et de la localisation des données

La récupération du fichier zippé et l'intégration des données dans QGIS.

Intégration des données dans QGIS

Importer le fichier txt

Trier les données et en extraire une partie

Choisir un style et catégoriser

Un exemple de traitement de données sur 30 ans : Températures Min et Max dans le Rhône.

Présentation rapide des données du site Drias

Présentation des scénarios