Impact du changement climatique sur le climat de vagues en zone côtière, par régionalisation dynamique : application à la côte aquitaine - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2012

Climate change impact on wave climate in coastal area, using dynamical downscaling : application to the Aquitanian coast, France.

Impact du changement climatique sur le climat de vagues en zone côtière, par régionalisation dynamique : application à la côte aquitaine

Résumé

The Aquitanian coast, as well as most coastal regions, is influenced by several hydrodynamical factors. Those factors can be modified by climate change. This study aims at studying climate change impact mainly on wave conditions which affect the Aquitanian coast. Using dynamical downscaling, waves are modelled from the North Atlantic Ocean towards the Bay of Biscay at a 10 km spatial resolution exclusively from wind fields. Waves are simulated with WAVEWATCH III spectral wave model, for the present climate (wind fields issued from the ERA-40 reanalysis) and for a control scenario and three future greenhouse gas emission scenarios (A2, A1B, B1) (wind fields issued from the RETIC simulations of ARPEGE-Climat). The database calibration and validation are based on local buoy measurements. Wind fields issued from climate model present systematic biases, therefore, a quantile-quantile correction is applied to wave projections. Wave climate evolution analysis is done in two steps. Firstly, present wave climate (1958-2001) is investigated regarding multi-decadal trends and interannual variability. A significant increase of summer wave height is identified on the period 1970-2001 (0.54 cm/y at the Biscay buoy). Concerning largest wave heights, a significant shift of directions is noticed for autumn (up to −0.47°/y from 1974 to 2001 at the Biscay buoy) and spring (0.3°/y from 1958 to 2001 at the Biscay buoy). The strong interannual variability of wave conditions is correlated to several general atmospheric circulation preferential modes (teleconnexion patterns and weather regimes). This underlines a strong link between local wave conditions and climate. For instance, the winter wave height and direction anomalies within the Bay of Biscay are strongly correlated to the North Atlantic Oscillation and the East Atlantic teleconnection pattern indices. Secondly, wave condition changes between present climate (1961-2000) and future scenarios (2061-2100) are investigated and analysed. A general decrease of wave heights is noticed in the Bay of Biscay (decrease averaged over the Bay of Biscay ranges from −4.7 to −11.4% depending on the season, for the A2 scenario), as well as a clockwise shift of summer wave directions (5.1° averaged over the Bay of Biscay, for the A2 scenario) and of winter swell directions. Those local changes are linked to wind changes in different wave generation areas, from the North Atlantic Ocean to the Bay of Biscay. Concerning sediment transport, the identified wave condition changes could reduce the longshore sediment flux by 10%.
La côte aquitaine, comme la majeure partie des régions côtières, est soumise à différents facteurs hydrodynamiques qui sont susceptibles d'être modifiés par le changement climatique. Cette thèse propose d'étudier l'impact de ce changement, principalement sur les conditions de vagues auxquelles est soumise la côte aquitaine. Une régionalisation dynamique est mise en œuvre pour modéliser les vagues depuis l'Océan Atlantique Nord jusqu'au Golfe de Gascogne avec une résolution spatiale de 10 km. On utilise une stratégie d'emboîtement de modèles, ces modèles étant forcés uniquement par des champs de vent. Les vagues sont simulées avec le modèle spectral de vagues WAVEWATCH III pour le climat actuel (champs de vents de la réanalyse ERA-40) et pour un scénario de contrôle et trois scénarios futurs d'émissions de gaz à effet de serre (A2, A1B, B1) (champs de vents issus des simulations RETIC d'ARPEGE-Climat). La base de données ainsi construite est calibrée et validée à partir de mesures de bouées locales. Les champs de vent issus du modèle climatique comportant des biais, une correction quantile-quantile est appliquée aux projections de vagues. L'analyse de l'évolution des climats de vagues dans le Golfe de Gascogne s'articule en deux étapes. La première étape consiste à analyser les champs de vagues du climat actuel (1958-2001) en termes de tendances multi-décennales et de variabilité interannuelle. Une augmentation significative des hauteurs de vague estivales est visible sur la période 1970-2001 (0.54 cm/an à la bouée Gascogne) ainsi qu'une importante rotation des directions des plus hautes vagues en automne (jusqu'à -0.47°/an de 1974 à 2001 à la bouée Gascogne) et au printemps (0.3°/an de 1958 à 2001 à la bouée Gascogne). La forte variabilité interannuelle des vagues se trouve être corrélée à différents indices de certains modes préférentiels de la circulation atmosphérique générale (modes de téléconnexion et régimes de temps), mettant en lumière un lien important entre conditions de vagues locales et climat. Par exemple, en hiver, les anomalies de hauteur et de direction de vague dans le Golfe de Gascogne sont fortement corrélées aux indices des modes de téléconnexion North Atlantic Oscillation et East Atlantic pattern . La seconde étape de ce travail consiste à identifier et analyser les changements des conditions de vagues entre le climat actuel (1961-2000) et le climat futur (2061-2100). Une baisse généralisée des hauteurs de vague se dégage (baisse comprise entre −4.7% et −11.4% suivant la saison, en moyenne dans le Golfe de Gascogne pour le scénario A2), ainsi qu'une rotation horaire des vagues estivales (5.1° en moyenne dans le Golfe de Gascogne pour le scénario A2) et des houles hivernales. Ces changements locaux sont reliés aux changements des conditions de vent dans les différentes zones de génération des vagues arrivant dans le Golfe de Gascogne. En termes de transport sédimentaire, les changements de conditions de vagues identifiés pourraient réduire le flux sédimentaire longshore de 10%.
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Citer

Elodie Charles. Impact du changement climatique sur le climat de vagues en zone côtière, par régionalisation dynamique : application à la côte aquitaine . Océanographie. Université Toulouse III - Paul Sabatier, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01280874⟩
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