Animateur : Eric Guilyardi

L’anticipation des impacts du changement du climat et en particulier de sa variabilité sur les sociétés et les écosystèmes est un défi immense lancé à la communauté des sciences du climat. Le LOCEAN a développé une expertise originale associant mécanismes climatiques, rôle de la dynamique océanique, et impacts sociétaux. Il est un des rares laboratoires à couvrir le champ de recherche qui va de la compréhension des mécanismes fondamentaux aux études d’impacts pour informer les services climatiques en cours d’élaboration. Quantifier les incertitudes sur la circulation océanique de grande échelle, initialiser l’océan pour des études de prévisibilité du système couplé océan-atmosphère-glace de mer, comprendre le rôle des échanges air-mer dans les flux de chaleur, de moment, d’eau ou de carbone, décrire les mécanismes de la variabilité climatique passée, présente et future, le rôle des interactions d‘échelles, modéliser les impacts de la variabilité et des changements climatiques sur les ressources et la santé : la palette des compétences du laboratoire qui contribuent à cette thématique est large (cf. équipes) et s’appuie sur le triptyque observation, modélisation et théorie.

Fort de cette expertise unique le LOCEAN a pour ambition d’être un acteur majeur pour relever le défi de l’anticipation des impacts locaux du changement climatique. La contribution à cet effort international est proposée dans ce thème selon 3 axes:

  • l’étude de la variabilité et de la prévisibilité climatique à l’échelle interannuelle, décennale et multi-décennale en s’appuyant en particulier sur le rôle climatique de l’océan. L’objectif de cet axe est d’associer des études fondamentales sur les mécanismes de la variabilité et de la prévisibilité du climat aux échelles interannuelle à décennales à la réalisation de simulations de prévision contribuant aux bases de données internationales (type CMIP5) pour :

    • séparer la part de la variabilité interne de l’océan/ du climat de celle qui est forcée (GHG, solaire, volcanisme) lors des derniers millénaires et lors des derniers 50 ans (période la mieux observée).

    • comprendre l’influence de l'époque/état moyen sur la variabilité grâce aux études paléoclimatiques qui permettent en particulier de tester les changements de la variabilité dans les modèles.

    • renforcer l’expertise sur le système de prévision/prévisibilité à l’échelle de temps décennale, en particulier sur l’initialisation de l’océan (ex., NEMOVAR), et sa validation.

    • renforcer l’expertise sur la détection d’éventuelles transitions climatiques et non linéarités dans le cadre d’un changement climatique.

  • l’étude des changements climatiques et de leurs impacts régionaux à différentes échelles de temps (incluant l’échelle paléoclimatique) et d’espaces et dans différents milieux (marins, continentaux et insulaires). L’objectif est de croiser les implications régionales de l’axe 1 (par exemple changement de régimes de circulation, des caractéristiques de moussons ou des extrêmes de précipitations) avec des études d’impacts et de vulnérabilité (par exemple écosystèmes marins et continentaux, société, santé,…) pour fournir des indicateurs pour les stratégies d'adaptation et les services climatiques en cours d’organisation.

  • la modélisation statistique de l’environnement pour identifier et lever les verrous méthodologiques en modélisation statistique dans les problèmes liés à la géophysique et à l’environnement : la détection des ruptures par rapport à une tendance ou à un cycle et l’attribution de ces changements (par exemple de régimes de variabilité décennale). D’autres questions plus fondamentales incluent l’assimilation variationelle des données (nouvelles méthodes, estimation des incertitudes, calcul haute performance, initialisation des modèles) et les méthodes inverses pour la télédétection (problèmes mal posés, multivalués, classification).

Animateur : Eric Guilyardi

L’anticipation des impacts du changement du climat et en particulier de sa variabilité sur les sociétés et les écosystèmes est un défi immense lancé à la communauté des sciences du climat. Le LOCEAN a développé une expertise originale associant mécanismes climatiques, rôle de la dynamique océanique, et impacts sociétaux. Il est un des rares laboratoires à couvrir le champ de recherche qui va de la compréhension des mécanismes fondamentaux aux études d’impacts pour informer les services climatiques en cours d’élaboration. Quantifier les incertitudes sur la circulation océanique de grande échelle, initialiser l’océan pour des études de prévisibilité du système couplé océan-atmosphère-glace de mer, comprendre le rôle des échanges air-mer dans les flux de chaleur, de moment, d’eau ou de carbone, décrire les mécanismes de la variabilité climatique passée, présente et future, le rôle des interactions d‘échelles, modéliser les impacts de la variabilité et des changements climatiques sur les ressources et la santé : la palette des compétences du laboratoire qui contribuent à cette thématique est large (cf. équipes) et s’appuie sur le triptyque observation, modélisation et théorie.

 

Fort de cette expertise unique le LOCEAN a pour ambition d’être un acteur majeur pour relever le défi de l’anticipation des impacts locaux du changement climatique. La contribution à cet effort international est proposée dans ce thème selon 3 axes:

  • l’étude de la variabilité et de la prévisibilité climatique à l’échelle interannuelle, décennale et multi-décennale en s’appuyant en particulier sur le rôle climatique de l’océan. L’objectif de cet axe est d’associer des études fondamentales sur les mécanismes de la variabilité et de la prévisibilité du climat aux échelles interannuelle à décennales à la réalisation de simulations de prévision contribuant aux bases de données internationales (type CMIP5) pour :

    • séparer la part de la variabilité interne de l’océan/ du climat de celle qui est forcée (GHG, solaire, volcanisme) lors des derniers millénaires et lors des derniers 50 ans (période la mieux observée).

    • comprendre l’influence de l'époque/état moyen sur la variabilité grâce aux études paléoclimatiques qui permettent en particulier de tester les changements de la variabilité dans les modèles.

    • renforcer l’expertise sur le système de prévision/prévisibilité à l’échelle de temps décennale, en particulier sur l’initialisation de l’océan (ex., NEMOVAR), et sa validation.

    • renforcer l’expertise sur la détection d’éventuelles transitions climatiques et non linéarités dans le cadre d’un changement climatique.

  • l’étude des changements climatiques et de leurs impacts régionaux à différentes échelles de temps (incluant l’échelle paléoclimatique) et d’espaces et dans différents milieux (marins, continentaux et insulaires). L’objectif est de croiser les implications régionales de l’axe 1 (par exemple changement de régimes de circulation, des caractéristiques de moussons ou des extrêmes de précipitations) avec des études d’impacts et de vulnérabilité (par exemple écosystèmes marins et continentaux, société, santé,…) pour fournir des indicateurs pour les stratégies d'adaptation et les services climatiques en cours d’organisation.

la modélisation statistique de l’environnement pour identifier et lever les verrous méthodologiques en modélisation statistique dans les problèmes liés à la géophysique et à l’environnement : la détection des ruptures par rapport à une tendance ou à un cycle et l’attribution de ces changement (par exemple de régimes de variabilité décennale). D’autres questions plus fondamentales incluent l’assimilation variationelle des données (nouvelles méthodes, estimation des incertitudes, calcul haute performance, initialisation des modèles) et les méthodes inverses pour la télédétection (problèmes mal posés, multivalués, classification).

 

 

Animateur : Pierre Testor

La circulation océanique intervient de façon centrale dans les flux d'énergie et de matière à l'échelle globale comme aux échelles régionales, notamment côtière. Elle joue un rôle très important dans l'évolution du climat (échanges avec l’atmosphère) et des écosystèmes marins à de multiples échelles, et est au cœur des problématiques de sécurité qui sont liées aux courants marins et à la dispersion de traceurs. L’étude des processus de dynamique océanique et les interactions aux interfaces air-mer-glace associées est donc un enjeu sociétal important. Compte tenu de l’importance des interactions d’échelles, les études de la circulation océanique à grande échelle s’avèrent indissociables des études de processus à toutes les échelles, même aux plus petites. Aujourd'hui, c'est sans doute l’étude in situ plus systématique de ces processus, structurée au sein de systèmes pérennes d'observation globaux et régionaux et associée à des modélisations numériques plus performantes, qui permet d'envisager un progrès qualitatif dans la compréhension et surtout la quantification des flux, étape indispensable pour permettre la réduction des incertitudes dans les modèles climatiques globaux et régionaux, mais aussi dans les systèmes opérationnels de prévision (cf., CLIVAR, GOOS).

L'ambition du thème « Dynamique océanique et interactions aux interfaces» est de renforcer et de structurer la contribution du LOCEAN dans ce domaine au sein des grands chantiers qui mobilisent aujourd'hui la communauté OA de l'INSU (Arctique, Méditerranée et Antarctique), ainsi que dans les océans tropicaux et dans l’Atlantique Nord.

Les objectifs du thème sont :

- de coordonner les travaux du LOCEAN sur des thématiques de dynamique et de circulation océanique et les amener à interagir sur des analyses de mécanismes spécifiques, ou autour de projets ou chantiers expérimentaux ou de modélisation.

  • L'amélioration de la compréhension de la circulation océanique de grande échelle passe par une étude multi-échelle des processus de la dynamique océanique et de leur impact sur les écosystèmes et les cycles bio-géochimiques.

  • L’analyse de la variabilité océanique où sera privilégiée la caractérisation de la réponse de l’océan à la variabilité atmosphérique (en particulier, processus de couche de mélange, circulation due au vent), en fonction des échelles de temps associées et en identifiant leurs interactions mutuelles.

  • Le soutien à la mise en place de systèmes d’observations régionaux ou globaux.

- de fédérer les actions du laboratoire sur les processus spécifiques aux interfaces : océan côtier, interface entres continents et océan hauturier, et interfaces entre océan, atmosphère et glace et de faire émerger des projets structurants développant approches expérimentales et/ou numériques.

  • Autour de l’impact de l’hydrodynamique et de la thermodynamique de ces interfaces à petite et moyenne échelle sur les échanges de matière et d’énergie (notamment verticaux) et sur le fonctionnement des communautés biologiques, thème intéressant en particulier les équipes PEPS et BTP, ainsi que le groupe BIOMAR de l'IPSL.

  • Autour de la comprention les interactions d’échelles impliquées dans les interactions air-mer-glace. Les échanges de propriétés (chaleur, quantité de mouvement, CO2, …) à ces interfaces sont le résultat de processus de très fine échelle et à haute fréquence (turbulence des couches limites, cycle diurne,…).

 

Animateurs : Giovanni Aloisi et Marina Levy

Les cycles biogéochimiques marins jouent un rôle fondamental dans le système climatique, tandis que les changements climatiques encours sont susceptibles d’affecter fortement la structure et le fonctionnement des écosystèmes. Le principal enjeu du thème « Cycles biogéochimiques et écosystèmes » est de créer un terrain de discussion et d’échanges afin d'aborder des recherches ambitieuses suivant deux axes majeurs : 1) l’importance de la biogéochimie marine dans le système climatique et 2) l’impact du changement climatique sur les écosystèmes marins et les flux de CO2.

La réflexion du thème se déroulera selon trois axes

  • Les flux air-mer de CO2 et évolution du Carbone anthropique dans l’océan

La concentration de CO2 atmosphérique globale est aujourd’hui supérieure à 390 ppm, soit près de 120 ppm de plus qu’à la période pré-industrielle. Sur environ 530 PgC injectés par les activités humaines, on estime que l’océan en a absorbé environ 150 PgC. C’est une bonne nouvelle (pour le climat) car sans ce puits océanique, la concentration de CO2 dans l’atmosphère serait augmentée de +75 ppm. Toutefois (moins bonne nouvelle), l’accumulation de CO2 observée dans tous les océans et les mers intérieures s’accompagne d’un phénomène d’acidification des eaux marines.

  • Les processus biogéochimiques importants pour le climat

Notre compréhension actuelle du rôle de la biogéochimie sur le climat repose sur une approche intégrée qui inclut des études de physiologie cellulaire, la caractérisation des processus biogéochimiques in-situ et la modélisation biogéochimique aux échelles régionales et globale. La compréhension des facteurs physiologiques (mécanismes d’acquisition des nutriments, sensibilité à la lumière et au pH….) qui règlent la compétition entre groupes de microorganismes phototrophes planctoniques et benthiques (diatomées, coccolithophoridés, cyanobactéries, diazotrophes, micro algues perforantes) est essentielle pour comprendre la composition des écosystèmes et leur rôle dans les cycles biogéochimiques. Ces aspects physiologiques fondamentaux sont étudiés au LOCEAN en couplant des expériences in situ et de culture sous des conditions environnementales contrôlées avec des modèles numériques de physiologie cellulaire.

En conjonction avec l’étude des composées organiques produits par le phytoplancton, la mesure in-situ de la composition isotopique d’éléments d’intérêt biologique dans la colonne d’eau (30Si, 13C et 15N) permet aujourd’hui de fournir des estimations plus précises du flux de carbone exporté vers l’océan profond. Le modèle PISCES permet d’étudier le couplage entre physique et biogéochimie aux échelles globales et régionales. Il repose sur un certain nombre d’hypothèses simplificatrices qui commencent à être remises en cause, en particulier sur les paramètres qui régissent la compétition entre groupes de phytoplancton, sur la représentation de l’export de carbone vers l’océan profond, mais aussi sur la stœchiométrie du plancton.

  • Les processus de méso et sub-méso-échelle

Les processus physiques de méso et sub-méso-échelle influencent fortement l’environnement physico-chimique dans lequel évoluent les organismes marins,

déterminant à la fois leur rôle dans les cycles biogéochimiques et la composition et l’évolution des écosystèmes à tous les niveaux trophiques.

S’agissant de la modélisation, la résolution des modèles de biogéochimie marine augmentera dans les années et venir et il est certain qu'une résolution de 1/10° en global se généralisera dans la prochaine décennie. L'augmentation de la résolution a un intérêt fort pour les études liées à l'impact du changement climatique sur des régions particulières. Des développements numériques sont en cours au LOCEAN pour faciliter l’exécution et le traitement de ce type de simulations. La double compétence du LOCEAN en modélisation physique et biogéochimique, ainsi que la proximité avec NEMO, permettra d’être à la pointe dans le domaine de la modélisation couplée physique-biogéochimie à haute résolution.

 




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