Les types de climats annuels comme marqueurs du changement climatique au Brésil de 1964 à 2015



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Article dans International Journal of Climatology

Vincent Dubreuil et Olivier Planchon (LETG-Rennes, université Rennes 2) en parternariat avec l'Universidade Estadual Paulista (UNESP), publient en octobre 2018 dans la revue International Journal of Climatology une synthèse de plus de 50 ans de données sur l'évolution du climat au Brésil. L'étude montre que globalement les types de climats tropicaux humides et tempérés régressent alors que les types tropicaux arides et semi-arides progressent.


Les types de climats annuels (TCA) et la classification de Köppen

Les types de climats annuels (TCA) fondés sur la classification de Köppen ont permis de montrer la diversité des situations régionales au Brésil.

Rappelons que la classification de Köppen, inventée en 1900, est une classification des climats basée sur les relevés de précipitations et de températures. Un climat considéré, selon cette classification, est repéré par un code de deux ou trois lettres :


La 1ère lettre (en majuscule) indique le type de climat


A : Climat tropical
B : Climat sec
C : Climat tempéré
D : Climat continental
E : Climat polaire



La 2e lettre indique le régime pluviométrique


Af : climat équatorial
Aw : climat de savane avec hiver sec
As : climat de savane avec été sec
Am : climat de mousson
BS : climat de steppe (semi-aride)
BW : climat désertique
Cf : climat tempéré chaud sans saison sèche
Cw : climat tempéré chaud avec hiver sec (chinois)
Cs : climat tempéré chaud avec été sec (méditerranéen)
Df : climat continental froid sans saison sèche
Dw : climat continental froid avec hiver sec
Ds : climat continental froid avec été sec (continental méditerranéen)
ET : climat de toundra
EF : climat d'inlandsis
EM : climat subpolaire océanique



La 3e lettre indique les variations de température


a : été chaud
b : été tempéré
c : été court et frais
d : hiver très froid
h : sec et chaud
k : sec et froid



La classification des climats se présente donc de la façon suivante (en couleur les climats du Brésil):

Classe  Types de climats
A
  • Équatorial : Af
  • Mousson : Am
  • Savane : Aw, As
B
  • Désertique : BWh, BWk, BWn
  • Semi-aride : BSh, BSk, BSn
C
  • Subtropical humide : Cfa, Cwa
  • Océanique : Cfb, Cwb, Cfc, Cwc
  • Méditerranéen : Csa, Csb, Csc
D
  • Continental humide : Dfa, Dwa, Dfb, Dwb
  • Subarctique : Dfc, Dwc, Dfd, Dwd
  • Continental méditerranéen : Dsa, Dsb, Dsc, Dsd
E
  • Toundra : ET
  • Inlandsis : EF



Les types de climats au Brésil se retrouvent dans surprise dans les classes A, B et C, avec des variantes et des évolutions, du fait du changement climatique,  présentées ci-dessous.

Les types de climats annuels (TCA) fondés sur la classification de Köppen ont permis de montrer la diversité des situations régionales au Brésil. Cependant, jusqu'à présent, cette approche n'abordait l'étude de la fréquence des TCA que pour une seule période dans son ensemble (1961-2015), sans prendre en compte les différences pouvant résulter des changements climatiques observés au cours de ces cinq décennies. L'objectif de cet article dans International Journal of Climatology est d'analyser comment la fréquence des TCA a évolué au cours du temps en séparant la période en deux sous-périodes de durée égale, soit 26 ans : 1965-1989 et 1990-2015. Les résultats montrent que 35 stations (17%) ont changé de type moyen de Köppen, avec une régression sensible des types tropicaux humides (Af et Am) et des types tempérés (C). En revanche les types tropicaux (Aw), arides et semi-arides (B) progressent entre les deux périodes montrant des modifications sensibles des limites climatiques au Brésil.

Dans une précédente étude parue en 2017 par Vincent Dubreuil, les TCA fondés sur la classification de Köppen ont permis de montrer la diversité des situations régionales au Brésil. Certains types sont largement représentés dans l'intérieur du pays tant sur le plan spatial qu'en terme de fréquence temporelle : le type Aw (climat tropical à saisons alternées) représente ainsi à lui seul près de la moitié des observations. Les types tempérés (C) dominent dans le sud du pays tandis que les types arides (B) se rencontrent dans le nord-est et les climats tropicaux humides (Af) dans le Nord. Cette première étude avait permis de proposer une nouvelle synthèse cartographique des climats du Brésil en distinguant les noyaux forts, c'est à dire l'ensemble des stations appartenant le plus fréquemment à un type donné, et les aires de transition, correspondant aux stations qui, selon les années, pouvaient connaître des TCA différents.

Cette première étude n'abordait cependant l'étude de la fréquence des TCA que pour une seule période dans son ensemble (1961-2015) sans prendre en compte les différences pouvant résulter des changements climatiques observés au cours de ces cinq décennies. L'objectif de cet article ambitionne d'analyser comment la fréquence des TCA a évolué au cours du temps en comparant deux sous-périodes de durée égale (1965-1989 et 1990-2015).



De la classification de Köppen aux fréquences des types de climats annuels (TCA)

Dans cette étude, il s'agit donc d'appliquer la méthode de Köppen non pas aux moyennes calculées sur une longue période mais pour chaque année prise indépendamment : on définit ainsi un «Type de Climat Annuel» (TCA) pour chaque année considérée. Dans un second temps, une approche en terme de fréquence permet de préciser pour chaque station la proportion de TCA sur une période donnée. On peut ainsi clairement différencier des stations où le type de climat annuel est souvent le même et d'autres où il varie fortement d'une année à l'autre (figure 1).

Les seuils définis pour les TCA sont les mêmes que ceux proposés originellement dans la classification de Köppen et reposent sur les données de température et précipitations observées pour chaque mois et chaque année. L'approche classique distingue les climats en fonction de leurs régimes thermiques (A, C, D, E et sous types a, b, c, d, h et d) et pluviométriques (BW, BS et sous types f, m, s et w). Pour le Brésil, les grands types de climats de Köppen sont ainsi :


Af, climat chaud sans saison sèche
Am, climat chaud de mousson
As, climat chaud à pluie d'hiver
Aw, climat chaud à pluie d'été
BWh, climat aride et chaud
BSh, climat semi-aride et chaud
Cfa, climat tempéré sans saison sèche et à été chaud
Cfb, climat tempéré sans saison sèche et à été frais
Cwa, climat tempéré à été chaud et humide
Cwb, climat tempéré à été frais et humide.



M

Figure 1. Exemple de fréquences des types de climats annuels (TCA) pour Porto Velho (en haut à gauche), Cruzeta (en haut à droite) et Londrina (en bas à gauche) pour les périodes 1964-1989 (a) et 1990-2015 (b) : voir dans le texte la signification des TCA.



Pour cette étude, les données de température et de précipitations moyennes mensuelles ont été utilisées pour l'ensemble des années couvrant la période de 1964 à 2015, soit 52 années complètes. Près de 350 séries ont ainsi été récoltées mais plusieurs séries ont du être éliminées en raison de lacunes trop importantes ou de discontinuités majeures. Au final ce sont 208 stations qui ont été retenues avec un choix délibéré de privilégier une couverture homogène du territoire brésilien afin de compenser la sous-représentation en données de l'ouest et du nord du pays, où la densité des stations disponibles est nettement plus faible. Par ailleurs, le trop grand nombre de lacunes avant 1964 empêche de comparer deux périodes trentenaires. Aussi, pour les 208 stations représentatives de la diversité climatique du Brésil, les auteurs ont comparé les fréquences des TCA entre les deux sous-périodes 1964-1989 et 1990-2015, soit 26 années chacune.


Les changements de types moyens : extension de l'aridité nordestine et des climats chauds

Une première série de résultats concerne les types moyens de Köppen calculés pour chacune des deux périodes (figure 2). Les deux cartes montrent la prédominance du type tropical à saisons alternées (Aw) représentant respectivement 46% des stations pour les deux périodes. Les types Af et Am (tropicaux humides et de mousson) sont les types arrivant en deuxième position avec près de 15% des stations concernées alors que le type As ne concerne que moins de 4% des stations. Les types tempérés concernent les stations méridionales, les types humides (Cf) représentant un pourcentage plus élevé (12%) que les types à saison sèche d'hiver (Cw) avec 3% des stations. L'évolution la plus sensible concerne le type semi-aride chaud (BSh) dont le nombre de stations concernées double entre les deux périodes pour passer de 8 à 15 stations, soit plus de 7% des cas.


Fig2
Figure 2. Types moyens de Köppen au Brésil calculés pour les périodes 1964-1989 (à gauche) et 1990-2015 (à droite) : voir dans le texte la signification des TCA.


On constate que 35 stations (17%) ont changé de type moyen mais souvent avec un bilan qui s'équilibre par type : 10 stations sont passées en type Am tandis que 9 en sont sorties, 3 sont passées en type Cfa mais autant en sont sorties, etc... Les évolutions principales concernent donc le type BSh (bilan de positif de +7) qui concerne l'intérieur du Nord-Est du Brésil et, au sud, le binôme Cwb / Cfb (qui perdent 4 stations sans en gagner). Dans les deux cas, ces tendances traduisent des évolutions décrites par ailleurs, à savoir : 1) la diminution de la pluviométrie dans le Nord-Est du Brésil et 2) l'élévation des températures observée un peu partout mais qui se marque notamment dans les régions de climats de transition au Sud du pays : c'est d'ailleurs le cas pour la station de Londrina (figure 1) qui passe du type Cfa au type Am, c'est à dire du tempéré chaud au tropical. Mais l'évolution peut aussi concerner des types tempérés frais d'altitude (Cfb) évoluant en tempéré chaud (Cfa) comme Curitiba dans le Paraná.


Des tendances confirmées par les changements de fréquences des TCA

Il s'agit, cette fois-ci de regarder l'évolution en fréquence de l'ensemble des types de climat annuel pour toutes les stations entre les deux périodes (tableau 2). On peut ainsi affiner la variabilité interannuelle par station et s'intéresser à certains types annuels peu fréquents (Csb et BWh) qui ne s'expriment pas en termes de climats moyens. Le type Csa est plus original car il représente au sud du pays un TCA fréquent (environ 3% de l'ensemble) mais qui disparait systématiquement en moyenne au profit du type Cfa ! Ce tableau permet de confirmer la tendance à l'extension de la chaleur tropicale vers le sud du Brésil avec une baisse de la fréquence de tous les types C; seul le type Cfa échappe à la règle mais l'augmentation de ce TCA se fait surtout au détriment des climats frais (Cfb) ; la moindre fréquence des types Csa liée à l'augmentation des pluies dans le sud du Brésil peut aussi l'expliquer.

L'autre évolution confirmée par ce tableau 2 est l'extension des TCA "secs et chauds" BSh et BWh. Les TCA arides voient leur fréquence tripler entre les deux périodes ce qui vient confirmer la forte tendance à la baisse des précipitations du Nord-Est du Brésil : les années de climat "désertique" se sont ainsi multipliées au cours des deux dernières décennies. Pour autant, contrairement à ce que l'on pourrait attendre au vu du tableau 1, les TCA tropicaux à saisons alternées (As ou Aw) ne voient pas leur fréquence diminuer, bien au contraire ! Il faut chercher l'explication plus loin avec la baisse de la fréquence des TCA tropicaux humides (Af et surtout Am). Pour comprendre ces tendances il faut spatialiser les fréquences de ces TCA à l'échelle de l'ensemble du pays.



Fig3
Figure 3. Types moyens de Köppen au Brésil calculés pour les périodes 1964-1989 (à gauche) et 1990-2015 (à droite) : en haut, fréquence des TCA Af et Am cumulés ; au milieu, fréquences des TCA BWh et BSh cumulés ; en bas, fréquences de tous les TCA "C" cumulés. 1 = de un à 5 (20%) TCA observés ; 2 = de 5 à 15 (50%) TCA observés ; 3 = de 15 à 24 (80%) TCA observés ; 4 = plus de 24 (80%) TCA observés


Les cartes de la figure 3 permettent de mesurer les glissements régionaux des fréquences des principaux TCA. Les climats tropicaux humides (Af et Am cumulés) connaissent un net repli dans le centre-ouest du pays et le sud de l'Amazonie, confirmant la baisse des précipitations observée dans cette région par divers auteurs. Dans le Nordeste, l'extension des fréquences des TCA "B" confirme l'aridité croissante de l'intérieur de la Bahia jusqu'au littoral. Enfin, au sud et au sud-est, les fréquences des TCA "C" ont fortement diminué de l'intérieur du Minas Gérais jusqu'au Paraná en passant par l'Etat de São Paulo où l'augmentation des températures est bien documentée ; les TCA tempérés n'ont également plus été observés dans l'Etat du Goiás et dans la capitale fédérale dans la période récente.



Si cette étude montre que seulement 35 stations brésiliennes sur 208 (17%) ont changé de type moyen de Köppen entre 1965-1989 et 1990-2015, elle montre plus profondément une régression sensible des types de climat annuel Af et Am (climat équatorial et de mousson) au nord et des types tempérés "C" à été frais (Cfb) au sud. En revanche les types tropicaux (Aw), arides et semi-arides (B) progressent entre les deux périodes montrant des modifications sensibles des limites climatiques au Brésil : extension des espaces arides dans le Nordeste, réduction des régions hyper-humides de l'Amazonie, remontée en latitude du domaine tropical aux dépends des régions tempérées. Ces résultats montrent l'intérêt de l'étude de la fréquence des TCA pour mettre en évidence les changements climatiques à l'échelle régionale en tenant compte de la variabilité interannuelle.


Référence
Dubreuil V, Fante KP, Planchon O, Sant’Anna Neto JL. Climate change evidence in Brazil from Köppen’s climate annual types frequency. International Journal of Climatology 2018;1–11.




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Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @





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