Historique
Le Centre pour l’étude et la simulation du climat à l’échelle régionale (ESCER), créé en 2003, regroupe plusieurs chercheurs de l’UQAM qui s’intéressent aux sciences de l’atmosphère, à l’hydrologie et aux processus physiques qui influencent la météorologie, le climat et son évolution. Le Centre ESCER est un chef de file dans le domaine de la modélisation du climat régional. En se basant sur les lois physiques qui gouvernent les mouvements atmosphériques, la recherche au Centre ESCER a pour objectif de développer des modèles numériques à très haute résolution permettant de simuler l’évolution du climat, un outil essentiel pour de nombreux organismes concernés par les impacts sanitaires et socioéconomiques des changements climatiques.
Axes de Recherche
Les recherches actuelles au Centre ESCER s’élaborent autour d’études quantitatives utilisant des données météorologiques, tant simulées qu’observées, couvrant une vaste gamme d’échelles spatio-temporelles. Les observations météorologiques proviennent à la fois de mesures in situ et par télédétection radar et satellitaire, à des sites spécifiques ou spatialisées sur des grilles. Les échelles temporelles couvrent du passé lointain (simulations et analyses paléoclimatiques), au passé récent (retour d’expérience et diagnostic des évènements hydrométéorologiques à fort impact), au temps présent (assimilation des données pour la prévision météorologique) et au futur (projection des changements climatiques). Les membres du Centre ESCER se spécialisent dans les trois axes de recherche suivants : (1) les aléas hydrométéorologiques et risques climatiques, (2) la variabilité climatique naturelle et, (3) le climat nordique et arctique.
Axe 1 – Aléas hydrométéorologiques et risques climatiques
Les aléas météorologiques (AME) tels les tempêtes hivernales, vents violents, inondations, canicules, sécheresses, etc. affectent la sécurité et la santé des populations, les infrastructures, l’agriculture, l’environnement et l’économie. Les recherches de cet axe concernent le développement d’outils numériques, de réseaux d’observation de la précipitation, et d’analyses diagnostiques sophistiquées.
Simulation et observation : La nouvelle génération de modèle climatique à très haute résolution (MRCC6) en développement à ESCER permettra un niveau de détails sans précédent des projections climatiques pour le Québec et le Canada. La représentation explicite des processus convectifs permettra notamment de s’affranchir des paramétrages empiriques de ces processus qui sont à l’origine de plusieurs faiblesses des modèles climatiques actuels (Laprise, Thériault, Di Luca).
Les précipitations hivernales représentent un défi de taille, tant pour la mesure que la prévision. Les transitions rapides entre les différents types de précipitation, comme la pluie verglaçante, le grésil et la neige mouillée, peuvent engendrer des risques majeurs pour les infrastructures et la sécurité des personnes. Les mécanismes de formation et d’évolution de ces précipitations sont complexes car ils sont associés à des températures avoisinant le point de congélation, en surface et en altitude. Les travaux à ESCER combinent la théorie, les mesures et la simulation, et visent l’amélioration de la capacité prévisionnelle des tempêtes hivernales, ainsi que la quantification du cycle énergétique atmosphérique (Thériault, Gachon, Di Luca, Laprise).
Analyse des facteurs de risque : Les AME sont fréquemment le résultat de circonstances multifactorielles et d’une combinaison de facteurs de grande échelle et d’échelle régionale, voire d’échelle locale, et leurs conséquences sont multiples. Des méthodes diagnostiques et statistiques basées sur des critères multivariés sont donc requises pour évaluer l’occurrence, l’intensité et la durée des AME, et les risques qui leur sont associés peuvent être appréciés selon divers impacts : par exemple, les canicules sur la santé humaine, les tempêtes de vents sur les forêts, ou les sécheresses sur l’occurrence de feux de forêts. De même, le changement climatique d’origine anthropique exerce une influence qui va bien au-delà du réchauffement mondial, par exemple sur les maladies vectorielles et les zoonoses, sur les inondations résultant de l’intensification des tempêtes aux latitudes moyennes, sur les écosystèmes des forêts boréales, ainsi que sur les échanges et le bilan de carbone et d’eau (Gachon, Boudreault, Peng).
Axe 2 – Variabilité climatique naturelle
Une meilleure compréhension des fluctuations climatiques naturelles (c’est-à-dire ne découlant pas des activités humaines) est requise pour mettre en perspective les changements climatiques anthropiques. En effet, la contribution relative de la réponse aux forçages anthropiques et celle de la variabilité naturelle dans les changements observés, par exemple aux hautes latitudes (cf. axe 3), reste très incertaine. Il est donc important d’établir l’état de base du climat avant l’Anthropocène et évaluer les points de bascule éventuels reliés aux réchauffements dépassant certains seuils, ainsi que leurs effets sur les écosystèmes boréaux et les populations vivant dans les régions nordiques. L’étude de la variabilité naturelle nécessite de longues séries temporelles, que seules les données paléoclimatiques peuvent fournir. L’étude de la dynamique des climats passés, combinant des données proxy et des simulations de modèles climatiques (globaux et régionaux) permet, par exemple, d’évaluer le rôle des changements dans la charge en aérosols (en particulier les sulfates provenant des éruptions volcaniques ou des poussières en suspension dans l’air), de la végétation ou des transferts d’eau douce vers le milieu marin dans la modification du climat régional et global, que ce soit dans un contexte passé ou futur (Pausata, de Vernal, Gachon, Laprise).
Axe 3 – Climat nordique et arctique
L’Arctique est la région du globe qui subit présentement les changements climatiques les plus rapides et de grande ampleur, avec des conséquences importantes pour les écosystèmes terrestres et marins, la biodiversité et les populations. L’Arctique constitue la région principale d’intérêt pour plusieurs projets à ESCER :
- Reconstruction des variations du couvert de glace de mer de l’Océan Arctique à différentes échelles de temps, afin de déterminer ses relations avec le climat de l’Hémisphère Nord et leur impact sur la circulation océanique de l’Atlantique Nord (de Vernal, Gachon).
- Développement de la prochaine génération de satellites météorologiques spécifiquement adaptés aux très basses températures (Blanchet).
- Développement de nouveaux systèmes de mesures par télédétection satellitaires novatrices, combinés à des simulations (MRCC6) à très haute résolution et à des calculs de conversions énergiques, permettront d’évaluer précisément le rôle des aérosols sur la formation de nuages optiquement minces dans l’Arctique, et leur contribution dans le bilan énergétique terrestre (Blanchet, Laprise).
- Amélioration de la compréhension des dépressions polaires, qui sont des systèmes de petite échelle se développant rapidement en marge des glaces, avec des vents atteignant la force des ouragans (Laprise, Gachon).
Collaborateurs Principaux
Les membres du Centre ESCER collaborent avec plusieurs partenaires nationaux et internationaux parmi lesquels on retrouve le Consortium Ouranos, Environnement et Changement climatique Canada, l’Agence spatiale canadienne, l’Agence de la santé publique du Canada, et la NASA aux États-Unis.