Les vents forts peuvent endommager les bâtiments, perturber des industries comme la construction et la production d’énergie éolienne, et entraîner une hausse des coûts d’assurance.[1] De nombreux utilisateurs de services climatiques s’intéressent à l’effet des changements climatiques sur la fréquence et l’intensité de vents violents. Entre 2018 et 2024, le Centre d’aide du CCSC a reçu près de 300 demandes de projections futures de la vitesse du vent. Malheureusement, les projections climatiques de la vitesse du vent pour le Canada, qui conviennent pour éclairer les mesures d’adaptation, sont limitées. Ce blogue examine comment la vitesse du vent au Canada peut être affectée par un climat qui se réchauffe, en mettant au premier plan les principaux systèmes météorologiques qui causent des vents extrêmes. Le blog décrit également certaines des limites associées aux ensembles de données historiques et futures sur les vents, en mettant l’accent sur l’utilité de ces données pour les évaluations des risques liés aux changements climatiques. Une attention particulière est accordée aux niveaux de confiance quant aux changements projetés de la vitesse du vent, puisque la confiance dans les projections futures des événements de vitesse de grands vents est généralement plus faible que pour des variables telles que la température et les précipitations.
Au Canada, les vents extrêmes proviennent principalement de deux types de systèmes météorologiques : les cyclones extratropicaux (CET) et les tempêtes convectives. Ces systèmes se produisent dans des conditions météorologiques différentes. Les changements climatiques influencent la fréquence et l’intensité des conditions météorologiques susceptibles d’engendrer des CET et des tempêtes convectives. Pour plus de détails sur les vents attribuables à ces deux types de tempêtes, et notamment sur la manière dont ils sont affectés par les changements climatiques, consultez les encadrés ci-dessous.
Cyclones extratropicaux (CET)
Un CET est un système météorologique tournant à grande échelle centré sur une zone de faible pression atmosphérique. Les CET sont de très grosses tempêtes, dont la taille avoisine généralement les 1 000 km. Ils se forment généralement pendant les mois les plus froids. Ces systèmes sont à l’origine de vents forts et de fortes précipitations au Canada.
Les CET se développent en raison du fort différentiel de température nord-sud entre les régions polaires et tropicales. Ce contraste de température crée une source d’énergie à grande échelle dans les latitudes moyennes (40ºN à 60ºN). De petites perturbations dans l’atmosphère peuvent puiser dans cette énergie pour se transformer en tempêtes à grande échelle appelées CET.
Puisque le réchauffement de l’Arctique est plus rapide que celui des autres régions, le contraste de température nord-sud s’affaiblit. Ce phénomène est susceptible de réduire la fréquence des CTE au fil du temps, ce qui pourrait entraîner, en général, une diminution du nombre de vents forts.[2],[3] L’évolution de l’intensité des CET est toutefois plus incertaine. L’intensité des CETpourrait diminuer pour la même raison que les CET pourraient devenir moins fréquents : une réduction de l’énergie disponible due à l’affaiblissement du contraste de température entre le nord et le sud. Cependant, il existe un autre mécanisme important qui pourrait renforcer les vents de CET. Lorsque la matière passe de l’état gazeux à l’état liquide, de l’énergie est libérée dans l’environnement. C’est ce qui se produit dans les CET lorsque la vapeur d’eau se condense en pluie liquide. Cette énergie peut accélérer la vitesse du vent dans les CET. Comme l’atmosphère se réchauffe sous l’effet des changements climatiques, elle peut contenir plus de vapeur d’eau. Par conséquent, il pourrait y avoir plus d’énergie disponible pour intensifier les vents des CET. Des études utilisant des modèles climatiques à haute résolution indiquent qu’une humidité supplémentaire peut intensifier les CET déjà puissants. Cela pourrait conduire à des vents violents plus puissants.[4],[5] Dans l’ensemble, le consensus scientifique concernant les effets d’un climat en réchauffement sur l’intensité des CET reste mitigé : selon les détails considérés, le changement climatique pourrait soit affaiblir, soit renforcer les vents induits par les CET.[6],[7]
Les tempêtes convectives, y compris les orages, sont la principale source de vents forts pendant les mois les plus chauds du Canada. Les tempêtes convectives sont plus localisées que les CET. Leur taille est généralement inférieure à 100 km.
Les vents convectifs se produisent souvent sous forme de rafales, qui sont des rafales de vent brèves mais intenses. Les recherches suggèrent que la fréquence des conditions propices aux tempêtes convectives est susceptible d’augmenter avec le réchauffement du climat.[8]
Une étude axée sur le Canada a conclu que les fortes rafales de vent (dont la vitesse dépasse 70 km/h) sont susceptibles de devenir plus fréquentes dans un climat qui se réchauffe.[9] Toutefois, puisque les tempêtes convectives sont souvent très localisées, il est difficile de les simuler à l’aide de modèles climatiques mondiaux ou régionaux (MCM et MCR). La capacité limitée des MCM et des MCR à simuler les tempêtes convectives signifie que nous ne pouvons pas savoir avec certitude dans quelle mesure les vents convectifs deviendront plus forts dans un climat en réchauffement, ou s’ils changeront ou non.
Pour plus d’informations sur ce sujet, une analyse approfondie des orages et du changement climatique est disponible sur blogue.
Les tornades et les ouragans se caractérisent également par des vitesses de vent élevées, mais ces phénomènes sont moins fréquents au Canada que les CETet les tempêtes convectives. Si vous êtes intéressé à en savoir plus sur ces types de conditions météorologiques extrêmes, consultez nos blogues sur les tornades et les ouragans.
Deux principaux types de données d’observation de la vitesse du vent sont disponibles pour le Canada. Tous deux sont basés sur les observations des stations météorologiques. Le jeu de données Données climatiques canadiennes ajustées et homogénéisées (DCCAH) est une source de données d’observation de haute qualité sur la vitesse du vent. Vous pouvez accéder aux DCCAH à l’aide de l’outil d’extraction de données climatiques. Le jeu de données DCCAH fait l’objet d’un contrôle de qualité afin d’éliminer toute incohérence due à des facteurs non climatiques, tels qu’un changement dans les technologies de mesure. Il est donc l’ensemble de données le mieux adapté à l’évaluation des tendances à long terme. Le jeu de données DCCAH comprend les vitesses de vent moyennes mensuelles. Cette périodicité est utile pour évaluer les tendances pluriannuelles, saisonnières et annuelles des vents moyens. Cependant, les vitesses moyennes mensuelles sont peu utiles pour évaluer les vitesses de vent extrêmes, qui se produisent à l’échelle du jour ou de l’heure. Pour en savoir plus sur les observations des DCCAHet sur la manière dont les données sont développées.
Une analyse des DCCAH des observations de vent de 1950 à 2006 a révélé des tendances à la baisse des vitesses de vent saisonnières moyennes en toutes saisons dans la plupart des régions du Canada. [10]
L’exception est l’Arctique, où les données indiquent une augmentation de la vitesse moyenne du vent en toutes saisons, et la région maritime, où la vitesse moyenne saisonnière du vent augmente au printemps et à l’automne. La tendance à la diminution de la vitesse moyenne du vent dans la plupart des régions du Canada confirme la théorie de la « stagnation terrestre globale », qui décrit une tendance générale à l’affaiblissement de la vitesse du vent sur les terres , en partie à cause de l’augmentation de la « rugosité » de la surface , car la végétation et d’autres caractéristiques terrestres modifient l’écoulement du vent. [11] Toutefois, des études récentes remettent en question cette hypothèse et suggèrent que les tendances de la vitesse du vent observées récemment sont principalement dues à la variabilité naturelle du climat.[12] Il a donc été difficile de déterminer si la tendance à l’affaiblissement de la vitesse du vent est causée par des changements climatiques d’origine humaine.
La recherche montre des tendances mitigées en ce qui concerne les vitesses de vent historiques au Canada : alors que les données d’observation montrent que les vitesses de vent ont diminué dans la plupart des régions du Canada depuis le milieu du siècle dernier, certaines parties du Nord et de l’Atlantique du Canada ont connu une augmentation des vitesses de vent.
Figure : Tendances (m/s par décennie) de la vitesse moyenne annuelle du vent sur la période 1950-2014 à partir des observations de la vitesse du vent de l’AHCCD. Les couleurs bleues indiquent une diminution de la vitesse du vent, les couleurs rouges indiquent une augmentation.
Le deuxième type de données sur la vitesse du vent est constitué par les observations nonajustées, ou « brutes », des stations météorologiques. Ces données peuvent être utilisées pour évaluer les vitesses de vent extrêmes puisque des données horaires et quotidiennes sont disponibles. Les données brutes des stations ne sont pas ajustées à l’aide de la procédure d’homogénéisation appliquée aux DCCAH. Pour la plupart des stations, ces données peuvent être consultées à l’aide de l’outil d’extraction des données climatiques. Pour en savoir plus sur la manière d’accéder aux données horaires de toutes les stations disponibles, veuillez cliquer sur ce lien.
Les observations horaires des stations ont été utilisées pour évaluer les tendances historiques de la vitesse des vents extrêmes au Canada. Les résultats indiquent des augmentations de la vitesse des vents extrêmes dans le Nord et des diminutions mineures dans la plupart des autres villes canadiennes. Cependant, la plupart des analyses des vitesses extrêmes des vents historiques au Canada révèlent que les tendances sont faibles ou peu robustes. [13],[14] Par conséquent, il est difficile de déterminer comment les changements climatiques peuvent affecter les vitesses extrêmes du vent.
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Les observations des stations représentent des observations historiques et sont limitées par le nombre de stations, la longévité des stations et la périodicité des mesures. Les stations sont peu nombreuses dans de nombreuses régions du Canada, en particulier dans le nord du pays.
Une autre source de données historiques sur la vitesse du vent est la réanalyse. Les réanalyses sont des données météorologiques produites par un modèle de prévision météorologique qui sont intégrées à des observations, ce qui les rend cohérentes avec les données historiques réelles et complètes sur le plan spatial. Le modèle est disponible sur une grille régulière, de sorte qu’aucun endroit ne manque. Les réanalyses peuvent être utilisées pour « combler les lacunes » lorsque les observations ne sont pas disponibles. La résolution spatiale des réanalyses est généralement plus élevée que celle de la plupart des données des modèles climatiques, car les réanalyses sont pour la plupart du temps produites à l’aide de modèles météorologiques, qui résolvent en règle générale des échelles spatiales plus fines que les modèles climatiques. La plupart des modèles climatiques globaux (MCG) ont une résolution spatiale comprise entre 250 km et 100 km, tandis que les réanalyses ultra moderne ont une résolution spatiale de 30 km ou plus fine.
Il existe plusieurs ensembles de données de réanalyse . L’ensemble de données de réanalyse le plus utilisé est ERA5 [15], produit par le Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT). ERA5 fournit des données horaires globales à une résolution de 30 km (~ ) de 1940 jusqu’à aujourd’hui (de nouvelles données sont ajoutées quotidiennement avec un retard d’environ 5 jours seulement).
La Réanalyse canadienne de Surface (RCaS, anciennement SRRD), développée par la Division de la recherche météorologique d’ECCC, se concentre sur le Canada.[16] La RCaS a une résolution spatiale de ~ 10 km et fournit des données horaires pour la période de 1980 à 2018. Veuillez consulter ce lien pour en savoir plus sur la RCaS , y compris sur la manière d’accéder aux données.
Comme tous les extrants de modèles, les données de réanalyse ne sont pas toujours parfaitement cohérentes avec les observations. Plusieurs études ont montré que les données ERA5 sur la vitesse du vent sous-estiment les valeurs extrêmes au Canada.[17], [18], [19] Les développeurs du RCaS notent que la différence moyenne entre les données de réanalyse et les données observées sur la vitesse du vent (l’erreur quadratique moyenne, ou RMSE) est d’environ 2 m/s. Cette différence est légèrement plus importante en hiver et au printemps, et plus faible en été et en automne. Une analyse détaillée des vents extrêmes à l’aide de la RCaS n’a pas encore été réalisée.
Les modèles climatiques mondiaux (MCM) sont des outils importants pour comprendre de nombreux aspects du climat futur, mais ils ne sont pas idéalement adaptés pour simuler la vitesse du vent près de la surface, en partie à cause de leur faible pouvoir de résolution spatiale (100 km à 250 km). Bon nombre des processus à l’origine des vents extrêmes, tels que la convection, nécessitent une résolution spatiale de 4 km ou moins pour être modélisés directement.[8] Les MCM ont également tendance à sous-estimer la fréquence des CET intenses par rapport aux modèles à plus haute résolution.[21],[22]
Pour affiner les projections des MCM, les climatologues utilisent des techniques de réduction d’échelle qui produisent des informations àplus haute résolution. La réduction d’échelle statistique conjugue des données d’observation à haute résolution avec des données provenant des MCM. Les observations quotidiennes à haute résolution de la vitesse du vent ne sont pas disponibles pour le Canada. Cela limite la possibilité d’appliquer des techniques de réduction d’échelle statistique aux données des MCM.
Une autre approche de la réduction d’échelle statistique est la réduction d’échelle dynamique à l’aide de modèles climatiques régionaux (MCR). Les MCR sont similaires aux MCM mais ont une plus haute résolution spatiale (mailles de grille plus petites) et simulent le climat d’une zone géographique limitée, comme l’Amérique du Nord. Les MCR combinent les données des MCM avec une représentation améliorée de la topographie et des processus climatiques physiques. La plupart des simulations des MCR disponibles pour le Canada ont une résolution spatiale comprise entre 25 et 50 km. Cette résolution peut améliorer la représentation des CET intenses, mais ne permet pas de simuler les tempêtes convectives.[23] Les MCR qui simulent directement les tempêtes convectives nécessitent une grande puissance informatique pour fonctionner; c’est pourquoi ils ne sont principalement utilisés qu’à des fins de recherche.
Les modèles climatiques mondiaux sont conçus pour prévoir les changements climatiques, mais ne sont pas adaptés pour prévoir les vitesses extrêmes du vent avec une habileté élevée en raison de leur faible pouvoir de résolution spatiale. Par conséquent, les projections de la vitesse future du vent ne sont pas cohérentes entre les MCM, et la confiance dans les projections de la vitesse du vent est plus faible que pour d’autres variables telles que la température. Les projections des MCM relatives à la vitesse du vent sont donc mal adaptées aux évaluations des effets des changements climatiques et des risques qui y sont liés.
Les modèles climatiques régionaux produisent également des projections de la vitesse du vent. Les MCR ont une résolution spatiale plus fine que les MCM, mais leurs limites sont similaires. Les données des MCR sur la vitesse du vent peuvent être utiles pour contribuer à l’élaboration de plans à long terme, mais elles doivent être utilisées avec prudence. Par exemple, il serait prudent d’envisager la possibilité de vitesses de vent plus élevées dans un climat en réchauffement, même si les MCR ne prévoient que peu ou pas de changements dans les vitesses de vent extrêmes.
Les parties prenantes peuvent encore avoir besoin d’examiner comment les vents extrêmes pourraient être affectés par les changements climatiques, même si les projections disponibles sont entachées d’une incertitude élevée et d’un faible degré de confiance. Un outil potentiellement utile est le l’explorateur de valeurs de calcul EVC) développé par le Pacific Climate Impacts Consortium (PCIC). L’EVC fournit des projections des pressions de calcul de vent pour des périodes de récurrences de 10 et 50 ans pour des niveaux de réchauffement planétaire compris entre 0,5 ºC et 3,5 ºC (par rapport à la situation de départ moyenne 1986-2016). Les projections ont été élaborées à l’aide du modèle climatique régional CanRCM4, avec ajustemenrts des biais à l’aide d’observations de stations interpolées. Les mêmes données ont été utilisées pour élaborer le rapport du gouvernement du Canada sur les Bâtiments et infrastructures publiques de base résistants aux changements climatiques (BIPBRCC).[24] L’EVC et le rapport BIPBRCC décrivent la pression de calcul du vent comme une variable de « niveau 3 », ce qui signifie que le degré de confiance dans les projections est très faible. Les auteurs recommandent d’adopter une approche prudente pour estimer l’évolution des risques climatiques dans le cas d’incertitude importante. Pour les vents extrêmes, cela signifie qu’il faut envisager la possibilité d’une augmentation des phénomènes climatiques, d’autant plus qu’il existe de multiples façons dont les changements climatiques pourraient plausiblement renforcer les vents extrêmes.
Conscient de la difficulté que représente la mise à disposition dedonnées de calcul précises et de la nécessité de fournir des conseils sur leur utilisation, le Centre canadien des services climatiques (CCSC) a entrepris, en étroite collaboration avec l’équipe du BIPBRCC, de produire une série de résumés des valeurs futures de calcul des bâtiments.
Ces résumés, disponibles pour plus de 660 emplacements au Canada, comprennent un grand nombre de valeurs de calcul climatiques futures accessibles par l’intermédiaire de l’explorateur de valeurs de calcul de la PCIC, y compris la pression de la pluie chassée par le vent, les valeurs de calcul des surcharges neige, les valeurs de calcul des températures pour les jours chauds, et plus encore. Les résumés contiennent des conseils sur la façon dont les professionnels du bâtiment peuvent utiliser les données, y compris leur présentation par niveaux de réchauffement planétaire, dans un langage conçu pour s’aligner sur la publication de normes et de codes futurs. Les résumés comprennent également des liens utiles vers des sources où les lecteurs peuvent trouver des conseils plus approfondis.
L’impact des changements climatiques sur les vents extrêmes en certains endroits du Canada est difficile à quantifier explicitement en raison de la complexité des processus atmosphériques et des limites des modèles climatiques. Il existe des indices qui démontrent que certains systèmes météorologiques, tels que les CET et les tempêtes convectives, pourraient se renforcer sous l’effet des changements climatiques, mais nous ne savons pas si les vents extrêmes deviendront plus fréquents ou plus intenses en conséquence. L’amélioration des modèles et les simulations à haute résolution peuvent réduire l’incertitude au fil du temps. Des outils tels que le l’explorateur de valeurs de calcul offrent des estimations actuelles des pressions de vent futures, aidant les parties prenantes à évaluer les risques potentiels et à se préparer à l’éventualité de vents plus forts. Compte tenu du faible niveau de confiance dans les projections de vent, il est prudent de planifier la possibilité d’une augmentation des vents extrêmes à l’avenir, même dans les endroits où les projections actuelles indiquent peu ou aucune augmentation.
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