Analyse des extrêmes simulés par le modèle régional canadien du climat sur différentes régions de l'Amérique du Nord

Cette thèse vise à évaluer la capacité du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) à reproduire différentes caractéristiques des extrêmes climatiques à l'échelle saisonnière et à estimer leur niveau d'incertitude causé par une modification de la configuration opérationnelle du MRCC. À travers l'utilisation d'indices climatiques décrivant les extrêmes de température et de précipitation quotidiens, nous analyserons leurs comportements et leurs incertitudes sur différentes régions climatiques du nord-est de l'Amérique du Nord. Par ailleurs, nous proposerons une analyse concernant l'importance du schéma de sol dans la simulation des extrêmes de température et de précipitation. Suivra une analyse de la sensibilité du climat et de la variabilité interannuelle simulée, engendrée par une modification de la configuration opérationnelle. La première partie (Chapitre I) aborde la validation et la comparaison de deux versions différentes (3.7.1 et 4.1.1) du MRCC piloté par des ré-analyses (NCEP-NCAR) quant à la reproduction des extrêmes observés et la variabilité climatique durant l'été sur la période historique 1961-1990. Les variables analysées sont la précipitation quotidienne et les températures quotidiennes (minimales et maximales) au-dessus de trois régions situées dans le nord-est de l'Amérique du Nord qui sont caractérisées par une topographie et une densité de stations d'observations différentes. La validation est effectuée en utilisant plusieurs indices d'extrêmes climatiques qui caractérisent la fréquence, l'intensité et la durée des événements de précipitation et de température. L'évaluation de la capacité du MRCC est faite à travers une analyse des distributions statistiques, une métrique de performance et la variabilité interannuelles des anomalies des indices d'extrêmes. La référence observationnelle est construite en interpolant (krigeage) les données observées quotidiennes sur la grille de 45 km du MRCC. La vaste majorité des résultats indiquent que la version 4.1.1 du MRCC améliore la simulation des événements extrêmes par rapport à la version 3.7.1. En particulier, l'intensité des extrêmes de températures maximales, l'amplitude diurne thermique, la fréquence des jours de pluie, la sécheresse saisonnière et, dans une moindre mesure, les températures minimales extrêmes et les précipitations extrêmes. L'étude suggère que ces améliorations sont principalement causées par l'introduction d'un schéma de surface plus réaliste (CLASS 2.7), qui incorpore une représentation du contenu en humidité dans le sol plus sophistiquée. Ceci illustre l'importance de la paramétrisation des processus de surface comme source d'incertitude des extrêmes simulés par un MRC. La deuxième partie (Chapitre II) aborde l'estimation de l'incertitude des extrêmes saisonniers de précipitation (hiver et été) tel que simulés par la version 4.2.3 du MRCC en considérant quatre sources d'incertitude : a) la taille du domaine, b) le choix des données qui pilotent le MRCC, c) le choix du membre d'un modèle donné et d) la variabilité interne du MRCC. La précipitation quotidienne issue de 16 simulations historiques (1961-1990) est analysée. Ces simulations sont pilotées par deux Modèles Couplés Globaux Atmosphère-Océan (MCGAO) différents (i.e. CGCM3, membres # 4 and # 5, and ECHAM5, membres # 1 and # 2), ainsi que par un produit de ré-analyses (i.e. ERA40). Deux domaines différents sont utilisés et couvrent un domaine commun situé au-dessus du nord-est de l'Amérique du Nord. En plus de la précipitation saisonnière moyenne, trois indices d'extrêmes de précipitations sont analysés : le nombre de jours de pluie (≥1 mm jour-1), le nombre maximum de jours consécutif sans pluie (<1 mm jour-1) et le 95è centile de la précipitation. Les résultats montrent que le choix du MCGAO pilotant le MRCC est la source principale d'incertitude pour les deux saisons. Durant l'été, le choix de domaine est la deuxième source d'incertitude, suivi du choix de membre d'un MCGAO. Durant l'hiver, le choix de membre du MCGAO est plus important que le choix de domaine. Ces trois sources d'incertitudes demeurent plus importantes que la variabilité interne du MRCC. Pour tous les indices d'extrêmes, l'incertitude sur la variance de la variabilité interannuelle est plus importante en hiver qu'en été. L'incertitude de la précipitation extrême est plus importante que l'incertitude de la précipitation saisonnière moyenne. Certaines régions présentant d'importants forçages montrent une incertitude systématique. \n______________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : modèle régional de climat, extrêmes, ensemble, incertitude, taille du domaine, krigeage, variabilité, Amérique du Nord

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