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Lettre pigb-pmrc France
Modélisation couplée Climat-Carbone
Le couplage Climat-Carbone à l'échelle globale a déjà été
abordé à l'aide de modèles en boiîe ou de modèles quasi-
bidimensionnels simplifiés, notamment pour étudier les
transitions entre périodes glaciaires et interglaciaires. A
l'IPSL, nous avons abordé cette question en couplant des
modèles tridimensionnels du climat et du cycle du car-
bone, et en nous intéressant aux changements futurs liés
aux activités humaines.
Le modèle climatique est le modèle couplé atmosphère-
océan IPSL-CM2. Il a été développé et mis au point par
des équipes du LSCE, du LMD et du LODYC. Il est com-
posé du modèle de circulation générale atmosphérique
LMD-5.3 et du modèle de circulation générale océanique
OPA7, ces deux modèles étant interfacés via le coupleur
OASIS développé au CERFACS.
Les modèles du cycle du carbone du LSCE sont
CASA/SLAVE pour la partie biosphérique (terme qui se
réfère à la biosphère continentale) et HAMOCC3 pour la
partie biogéochimie marine. L'encart ci-contre, relatif à la
modélisation du cycle carbone océanique, présente
l'intercomparaison de 9 modèles, dont celui de l'IPSL, qui
estiment la localisation des puits marins de CO
2
anthropique en fonction de la latitude. Ces deux modèles
sont forcés à partir de valeurs moyennes mensuelles de
variables climatiques :
·
le flux solaire,
·
la température et la précipitation pour la biosphère,
·
les flux de surface,
·
les champs tridimensionnels de température, salinité,
vitesse et diffusion verticale pour le modèle de
biogéochimie océanique.
La concentration de l'atmosphère en CO
2
est uniforme
sur le globe et évolue une fois par an en fonction du bilan
entre les sources anthropiques éventuelles et les puits
biosphériques et océaniques.
La concentration en CO
2
pour l'année t+1 est calculée par :
CO
2
t+1
= CO
2
t
+ (ANT
t
- BIO
t
- OCN
t
)/2.12
où ANT
t
est le flux annuel de CO
2
d'origine anthropique
(lié à la combustion d'énergie fossile et à la déforestation),
BIO
t
et OCN
t
sont respectivement les flux nets annuels
échanges entre l'atmosphère et la biosphère et entre l'at-
mosphère et l'océan, avec CO
2
t=0
= 286 ppm
Souhaitant nous concentrer sur l'étude du couplage entre
le climat et le cycle du carbone, le CO
2
est le seul gaz à
effet de serre considéré, et, pour la même raison, les
effets climatiques des aérosols ne sont pas pris en
compte. En ce qui concerne les sources de CO
2
anthropique, nous prenons en compte les émissions liées
we coupled three-dimensional models of the climate and of
the carbon cycle in order to study the future climate and car-
bon cycle changes due to human activity.
The climatic model is the coupled atmosphere-ocean general
circulation model (AOGCM) IPSL-CM2. It was developed by
teams of the LSCE, LMD and LODYC. The atmospheric GCM
is LMD-5.3, the oceanic and sea-ice GCM is OPA-ICE, these
two GCMs being interfaced via the OASIS coupler developed
by CERFACS.
The carbon cycle models are CASA/SLAVE for the biosphere
and HAMOCC3 for the oceanic biogeochemistry. The panel
below compares 9 ocean carbon cycle models, including the
IPSL model, on the localization of the marine anthropogenic
CO
2
uptake. The two carbon models are forced with monthly
mean values of climatic variables: solar flux, surface temper-
ature and precipitation for the biosphere, surface flux and
three-dimensional fields of temperature, salinity, velocity and
vertical diffusion for the ocean biogeochemistry. The CO
2
concentration is homogeneous in the atmosphere and is
updated once per year according to the budget between the
imposed anthropogenic sources and the calculated uptakes
by land and ocean.
The CO
2
concentration for the year t+1 is calculated as:
CO
2
t+1
= CO
2
t
+ (ANT
t
- BIO
t
-OCN
t
) /2.12
where ANTt is the annual CO
2
anthropogenic emissions (fossil
fuel and deforestation), BIO
t
and OCÑ
t
are respectively the
carbon uptake by the biosphere and the ocean. The initial
condition for CO
2
is pre-industrial (CO
2
t=0
= 286 ppmv).
Here, we focus on the study of the feedback between the cli-
mate and the carbon cycle. Thus, we only account for CO
2
as
greenhouse gas (no CH
4
, N
2
O,... emissions). For the same
reason the aerosols are not taken into account. For the
anthropogenic emissions, we consider the fossil fuel and the
land use change emissions. Several other processes were not
considered because of their very strong uncertainties: vegeta-
tion geographical redistribution (due to the direct human
pressure or due climate driven migration of species), additional
fertilization effect from other non-CO
2
components, etc.
Recent evolution
A 240 years long control simulation, without anthropogenic
CO
2
emission has been first performed. It allows us to check
the model stability and the absence of climate and CO
2
drift.
In parallel, a climate change simulation, forced by CO
2
emis-
sions, from year 1860 to year 2100 allows a comparison with
observations for the recent historical period (1860-2000) and
future projection of the climate and the carbon cycle in the
21st century (see Figure 1). For this climate change run, the
CO
2
emissions follow the IPCC recommendations: they are
inferred from observations for the historical period and corre-
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