` Matériel de formation La Gestion des risques climatiques pour la vulgarisation d'agriculture et de l'élevage au Mali : La Guide de référence James Hansen | Sylwia Trzaska | Tufa Dinku | Rija Faniriantsoa Dannie Dinh | Amanda Grossi | Adama Sarr | Sophia Huyer Michel Dione | Agathe Mucherie | Anais Lecuyer Diallo Aboubacar | Afoussatou Diarra November 2025 Citer ce rapport Hansen J, Trzaska S, Dinku T, Faniriantsoa R, Dinh D, Grossi A, Sarr A, Huyer S, Dione M, Mucherie A, Lecuyer A, Aboubacar D, Diarra A. 2025. La Gestion des risques climatiques pour la vulgarisation d'agriculture et de l'élevage au Mali : La Guide de référence. AICCRA Training Materials. Accelerating Impacts of CGIAR Climate Research for Africa (AICCRA). Remerciements L'élaboration de ce guide a bénéficié du soutien du projet « Accélération de l'impact de la recherche climatique du CGIAR pour l'Afrique » (AICCRA) et du Columbia World Project, ACToday, de l'Université Columbia à New York. Ce projet vise à bâtir un avenir africain climato-intelligent, porté par la science et l'innovation en agriculture. Il est piloté par l'Alliance of Bioversity International et le CIAT, et bénéficie d'une subvention de l'Association internationale de développement (IDA) de la Banque mondiale. Découvrez ses travaux sur aiccra.cgiar.org. Le projet « Adapter l'agriculture au climat d'aujourd'hui » (ACToday) a été mis en œuvre dans six pays (Bangladesh, Colombie, Éthiopie, Guatemala, Sénégal et Vietnam) afin de permettre aux partenaires d'intégrer des solutions de services climatiques à leurs efforts pour éradiquer la faim, assurer la sécurité alimentaire, améliorer la nutrition et promouvoir une agriculture durable. À propos des rapports de l'AICCRA Les titres de cette série visent à diffuser des recherches intermédiaires sur la mise à l'échelle des services climatiques et l'agriculture intelligente face au climat en Afrique, afin de susciter les réactions de la communauté scientifique. Photo de couverture (c) IRI/J Hansen Avertissement Ce guide n'a pas été évalué par des pairs. Les opinions exprimées ici sont celles de l'auteur(e) et ne reflètent pas nécessairement les politiques ou opinions de l'AICCRA, des donateurs ou des partenaires. Licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License. ©2024 CIAT, IRI, and ILRI. The copyright over this report is jointly owned by Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), the International Research Institute for Climate and Society (IRI) of the Columbia Climate School, and the International Livestock Research Institute (ILRI). Partners About AICCRA Accelerating Impacts of CGIAR Climate Research for Africa (AICCRA) is a project that helps deliver a climate-smart African future driven by science and innovation in agriculture. It is led by the Alliance of Bioversity International and CIAT and supported by a grant from the International Development Association (IDA) of the World Bank. Explore our work at aiccra.cgiar.org MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE i i CONTENTS INTRODUCTION ......................................................................................................... 2 MODULE 1 | LES BASES DU CLIMAT ......................................................................... 5 Session 1.1. Les concepts de base en climat ................................................................................. 6 Session 1.2. Le Climat du Mali .......................................................................................................... 15 Session 1.3. Les données et informations climatiques .............................................................. 31 Session 1.4. Les Prévisions climatiques saisonnières ................................................................. 51 Session 1.5. Le Changement climatique ........................................................................................ 64 MODULE 2 | LES INFORMATIONS CLIMATIQUES DISPONIBLES POUR L'AGRICULTURE ......................................................................................................... 87 Session 2.1. Aperçu et analyses historiques de Climate Maproom ........................................ 88 Session 2.2. Le Maproom Climat et Agriculture .......................................................................... 105 Session 2.3. Le Maproom de Suivi Climatique ............................................................................. 112 MODULE 3 | LES DECISIONS AGRICOLES SENSIBLES AU CLIMAT ........................ 119 Session 3.1. L’Impact du risque climatique sur les producteurs ............................................ 120 Session 3.2. Comprendre les décisions agricoles sensibles au climat .................................. 132 Session 3.3. La Prise de décision en situation d'incertitude .................................................... 144 Session 3.4. Les Outils d'analyse des décisions sensibles au climat ...................................... 152 Session 3.5. Les Informations climatiques et les décisions agricoles .................................... 169 Session 3.6. Les Autres options de gestion des risques pour les producteurs .................. 184 MODULE 4 | FOURNIR DES SERVICES CLIMATIQUES AUX PRODUCTEURS ......... 202 Session 4.1. Les Stratégies de communication des services climatiques ruraux ............... 203 Session 4.2. L’Égalité des sexes et l’inclusion sociale dans les services climatiques .......... 214 Session 4.3. Communiquer des informations climatiques probabilistes aux producteurs227 REFERENCES CITEES ................................................................................................. 238 GLOSSAIRE ................................................................................................................ 244 L’ANNEXE. ANIMATION D'UN ATELIER DE PRÉVISIONS SAISONNIÈRES ............. 250 MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 2 2 L’INTRODUCTION L'amélioration des informations météorologiques et climatiques disponibles au Mali offre de nouvelles opportunités aux agents de vulgarisation agricole pour aider les producteurs à mieux gérer les risques auxquels ils sont confrontés et à adapter les technologies recommandées aux conditions climatiques locales. Cette formation de deux semaines vise à permettre aux agents de vulgarisation agricole d'accéder, de comprendre et d'intégrer les informations climatiques dans leur travail. Elle vise à fournir des connaissances fondamentales sur la prise de décision climatique et agricole ; ainsi que des outils pratiques pour analyser les risques liés au climat, utiliser des informations météorologiques et climatiques appropriées pour appuyer les décisions agricoles, communiquer efficacement des informations climatiques complexes aux producteurs et intégrer les services climatiques aux activités de vulgarisation agricole. Le Module 1 : Fondamentaux du climat fournit des connaissances fondamentales sur les concepts, les données et les analyses de données courantes liés au climat, ainsi que sur les prévisions. Une compréhension de base du climat fournira le contexte nécessaire à l'apprentissage ultérieur des types et de l'utilisation des informations climatiques pour améliorer la gestion des risques agricoles. Elle prépare également les participants à répondre aux questions et préoccupations des producteurs clients concernant la météo et le climat. Ce module aborde les concepts de probabilité fondamentaux pour comprendre et gérer les risques, ainsi que pour interpréter et utiliser les informations climatiques à l'appui de la gestion des risques. Bien que le cours se concentre sur la variabilité climatique, ce module offre un bref aperçu du changement climatique à long terme. Le Module 2 : Informations climatiques disponibles pour l’agriculture présente un aperçu des produits et services d’information météorologique et climatique pertinents, disponibles ou prochainement auprès de l’Mali-Météo et d’autres fournisseurs d’informations publiques. Il enseigne aux participants comment naviguer et utiliser les produits d’information historiques, de surveillance et de prévision pertinents disponibles auprès de l’Mali-Météo, y compris les Maprooms en ligne. MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 3 3 Le Module 3 : Décisions agricoles sensibles au climat renforce la compréhension des participants de l’interaction entre le climat et la prise de décision agricole. Il leur permet d’effectuer des analyses de base des décisions de gestion agricole sensibles au climat dans des conditions d’incertitude. Outre la productivité des cultures et de l’élevage, plusieurs facteurs influencent les décisions de gestion agricole, notamment aux échelles saisonnières et à long terme. Afin de permettre aux participants d’apporter un soutien et des conseils appropriés à leurs producteurs, ce module permet de comprendre les facteurs qui conduisent à des décisions de gestion différentes selon les producteurs et les conditions climatiques. Le Module 4 : Fournir des services climatiques aux producteurs permet aux participants d’intégrer les services climatiques aux services qu’ils fournissent à leurs clients producteurs. S'appuyant sur les apprentissages des trois autres modules, le module 4 les prépare à animer un atelier participatif de planification saisonnière avec les producteurs, en s'appuyant sur des données historiques et des prévisions saisonnières. La formation se conclut par l'élaboration et la présentation de plans d'intégration des services climatiques aux activités de vulgarisation avec les producteurs clients des participants. Ces plans aborderont : les informations et le soutien nécessaires aux décisions clés de gestion sensibles au climat ; les besoins spécifiques des différents types de producteurs ; les stratégies de communication, de formation et de soutien ; le calendrier annuel des activités des services climatiques ; et le suivi et la réponse aux retours d'information. Cette formation s'adresse aux professionnels des services de vulgarisation et de conseil agricoles publics et privés qui soutiennent activement les producteurs en leur fournissant des informations, des conseils et d'autres services. Les activités de la formation requièrent des connaissances informatiques de base et comprennent des cours magistraux interactifs, des discussions de groupe, des auto-évaluations, des études de cas et des démonstrations pratiques d'outils. MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 4 4 MODULE 1 LES BASES DU CLIMAT MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 5 5 MODULE 1 | LES BASES DU CLIMAT Le Module 1 : Bases du climat fournit une base de connaissances sur les concepts, les processus, les données, les prévisions et les probabilités climatiques. Une compréhension de base du climat fournira les informations de base et le contexte nécessaires à l'apprentissage ultérieur de l'utilisation de l'information climatique pour améliorer la gestion des risques agricoles. Il prépare également les participants à répondre aux questions et aux préoccupations des producteurs clients concernant le climat. Le module comprend des concepts de probabilité qui sont à la base de la compréhension et de la gestion des risques, ainsi que de l'interprétation et de l'utilisation de l'information climatique à l'appui de la gestion des risques. À la fin de ce module, vous serez en mesure de : • Comprendre le concept de services climatiques. • Caractériser le climat du pays. • Comprendre les données climatiques, les informations climatiques et leurs limites. • Appliquer les concepts statistiques au climat. • Interpréter les prévisions climatiques saisonnières probabilistes. • Expliquer les causes, les impacts potentiels, les options d'adaptation et d'atténuation, ainsi que les controverses liées aux changements climatiques à long terme. • Discutez avec les météorologues et les climatologues des préoccupations liées au climat et des besoins d'information des décideurs agricoles, ainsi que des options pour y répondre. MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 6 6 Session 1.1. Les concepts de base en climat Les Échelles de temps Dans la science du climat, il est d'usage de distinguer trois concepts : la météo, le climat et le changement climatique. La météo, c’est l'état de l'atmosphère à un moment donné en ce qui concerne la température, les précipitations, l'humidité, la pression atmosphérique, le vent, la nébulosité et l'ensoleillement. Le terme « météo » : • Est généralement limité aux conditions sur de courtes périodes (deux semaines ou moins) ; • Décrit le temps qu’il fait dehors, à un endroit et à un moment donné ; • Peut changer considérablement de façon soudaine ; • Réfère à ce qui nous est présenté au journal télévisé. Le climat correspond aux statistiques météorologiques en tout lieu sur une période de temps spécifique. Le terme « climat » : • Implique des périodes longues (années/mois) ; • Intègre les cycles saisonniers (saisons sèches/pluvieuses) ; • Inclut la caractérisation des événements météorologiques extrêmes (inondations, cyclones) ; • Informe sur les conditions typiques d'un lieu et d'une période spécifique de l'année donnés de l'année ; • Se reflète souvent dans la végétation ou les activités agricoles et économiques. Une période de référence, ou climatologie, est souvent utilisée pour désigner une période fixe sur laquelle sont calculés les résumés statistiques météorologiques, tels que ceux mentionnés ci- dessus. L'Organisation météorologique mondiale (OMM) recommande une période de 30 ans pour les climatologies, appelées « normales climatologiques », et celles-ci sont mises à jour tous les 10 ans. La variabilité climatique se définit comme les différences par rapport à l'état moyen du climat, ou climatologie, à des échelles temporelles et spatiales. Selon l'OMM, la variabilité climatique désigne les « écarts du climat sur une période donnée (par exemple, un mois, une saison, une année ou Cette session définit les termes clés essentiels à toute discussion sur le climat. Elle présente les principaux paramètres qui définissent la météo et le climat. À la fin de cette session, vous serez capable de : • Déterminer si un problème particulier en jeu ou les informations fournies concernent la météo, la variabilité climatique, ou le changement climatique. MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 7 7 même une décennie) par rapport aux statistiques à long terme pour la même période calendaire. » La variabilité climatique est mesurée par ces écarts, généralement appelés anomalies. Le changement climatique désigne les modifications des caractéristiques du climat sur de longues périodes. Il est important que ces changements se produisent non seulement dans les conditions moyennes, mais aussi dans la variabilité. De plus amples informations sur le changement climatique seront fournies plus loin dans cette session. Les Dimensions temporelles et spatiales du climat Le climat et ses caractéristiques varient d'un endroit à un autre ainsi que d'une période à une autre. Il est courant de conceptualiser le climat comme ayant des dimensions spatiales et temporelles et de présenter les caractéristiques climatiques dans ces deux dimensions. Des exemples de représentation du climat dans l’espace et le temps sont présentés dans la Figure 1.1-1 ci-dessous. Figure 1.1-1. Les illustrations de dimensions spatiales et temporelles du climat, calculées sur la période 1981-2022. a) Une carte des précipitations annuelles moyennes sur le Mali (mm/an) ; b) Une série chronologique des précipitations mensuelles (mm/an) à Bamako-Sénou; c) Une cycle saisonnier moyen des pluies à Bamako-Sénou ; d) le nombre d’années présentant des précipitations annuelles d’une catégorie donnée (mm/an). MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 8 8 Les Composantes principales de la météo et du climat Le temps et le climat sont tous deux mesurés par un certain nombre de variables. Les variables les plus importantes sont décrites dans la suite de cette section, ainsi que les standards d’unités et méthodes de mesure. Les composantes du climat d'un lieu donné comprennent : • la température ; • les précipitations ; • l'humidité ; • la pression atmosphérique ; • le vent ; • l'ensoleillement/la nébulosité ; et • la qualité de l'air. La Température La température mesure le degré de chaleur ou de froid d'une substance. Les mesures de routine pour la météo et le climat se concentrent sur la température de l'air, bien que la température de l'eau, en particulier celle de l'océan ou des grands lacs, puisse également présenter un intérêt. Pour les applications agronomiques, la température du sol est parfois nécessaire. La température reflète Exercice En travaillant individuellement ou en petits groupes et répondez aux questions suivantes : • Identifiez les zones où les précipitations sont les plus fortes et les plus faibles sur la carte (Figure.1.1-1 a). Quel type de cultures correspond à chacune de ces zones ? • Pouvez-vous identifier une configuration systématique dans la série chronologique des précipitations mensuelles (Figure 1.1-1 b) ? Qu’est-ce qui varie le plus d’une année à l’autre ? • D’après les Figures 1.1-1 b et c, pensez-vous que les précipitations du mois le plus humide seront toujours d’environs 250 mm ? • La Figure 1.1-1 d montre la répartition des quantités totales de précipitations tombées au cours des différentes années de la période 1981-2020. w Identifiez l’intervalle de pluies tombé le plus fréquemment ; sur combien d’années cette quantité a-t-elle été enregistrée ? w Quelle a été la plus petite catégorie enregistrée ? Combien de fois ? Avec quelle freqeunce ? w Quelle a été la plus grande catégorie enregistree ? combine de fois ? Avec quelle frequence? MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 9 9 la quantité d'énergie reçue par la surface de la Terre et constitue un facteur limitant important pour la croissance des plantes. La température est mesurée à l'aide d'un thermomètre, en utilisant dans la plupart des pays l'échelle Celsius (°C) où 0°C et 100°C correspondent respectivement au gel et à l'ébullition de l’eau.1 Les services météorologiques enregistrent la température la plus chaude et la plus froide de la journée - Tmax et Tmin respectivement. La température moyenne de cette journée (Tmoy) est la moyenne de ces deux chiffres. La Précipitation Les précipitations sont l'eau qui tombe sur le sol sous forme de pluie, de neige ou de grêle. L'eau est essentielle pour de nombreuses activités économiques, de l'usage domestique à la production d'énergie hydroélectrique ; elle constitue un facteur limitant essentiel pour la croissance des plantes au niveaux des tropiques et est étroitement surveillée par les services météorologiques et hydrologiques. Les précipitations sont mesurées à l'aide d'un pluviomètre, qui est généralement un réceptacle en plastique ou en métal muni de marques graduées indiquant la profondeur des précipitations accumulées. La quantité d'eau contenue dans la neige sera, quant à elle, estimée à partir de l'épaisseur de la couche de neige. Les unités utilisées le plus souvent sont les millimètres (mm). Contrairement à la température, l'eau peut s'accumuler dans le sol ou dans un lac, c'est pourquoi les précipitations peuvent être mesurées en tant que quantité cumulée sur différentes durées, par 1 L'échelle Fahrenheit est parfois utilisée, principalement aux États-Unis et dans les territoires associés. Dans cette échelle, l'eau gèle à 32°F et bout à 212°F. Pour convertir en degrés Celsius, T°C=5/9(T°F-32). Dans certaines applications scientifiques, le degré Kelvin peut être utilisé. L'eau gèle à 273,15K et bout à 373,13K. T°C=TK-273,15. Une règle simple pour reconnaître l'utilisation d'une échelle non Celsius : si les valeurs de la température de l'air sont systématiquement comprises entre 20 et 90 degrés, ce sont des degrés Fahrenheit qui sont utilisés. Si elles sont supérieures à 200 degrés, on utilise l'échelle Kelvin. Exercise En travaillant individuellement ou en petits groupes répondez aux questions suivantes : • D’après votre expérience, quel est le moment le plus chaud de la journée, et quel est le plus frais ? • Au cours de quels mois ressentez-vous les températures les plus élevées, et au cours de quels mois les plus basses ? Quelle saison est la plus chaude : la saison des pluies ou la saison sèche ? Pourquoi ? • Quels sont les endroits les plus frais du Senegal ? Pourquoi ? Savez-vous où se trouve l’endroit le plus chaud ? MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 10 10 exemple : quotidienne, hebdomadaire, décadaire (10 jours), mensuelle, ou annuelle.2 Les précipitations journalières sont des cumuls de précipitions tombées en 24 heures et reportées a 8h du matin. À l'échelle météorologique, les mesures de précipitations peuvent varier fortement dans le temps et l'espace. Il peut commencer et s'arrêter de pleuvoir en quelques minutes ; et il peut également pleuvoir d'un côté d'une ville ou d'une vallée, mais pas de l'autre. La température, en revanche, a tendance à moins varier à ces échelles. À moins qu'il n'y ait un changement d'altitude (par exemple, du fond de la vallée au sommet de la montagne), de végétation (par exemple, de la prairie à la forêt) ou de proximité d'un plan d'eau, il est peu probable que la température change en l'espace d'un kilomètre environ (dimension spatiale) ou en quelques minutes (dimension temporelle). À l'échelle du climat, les cycles saisonniers ou les variations d'une année à l'autre (dimensions temporelles) pour les variables telles que la température et les précipitations se comportent très différemment entre les régions tropicales et les régions tempérées (dimensions spatiales), comme l'illustre la Figure 1.1-2. Figure 1.1-2. Le cycle saisonnier moyen des précipitations (bleu) et des températures (orange) dans quatre endroits, a) Addis-Abeba [8,98° N, 38,76° E], b) Niamey [13,51° N, 2,12° E], c) Le Cap [33,92° S, 18,42° E] et d) Moscou [55,75° N, 37,62° E]. 2 Le plus souvent exprimée en mm/jour, mm/semaine, mm/décennie, mm/mois ou mm/année. Cependant, les précipitations peuvent parfois être exprimée différemment : par exemple, la pluviométrie annuelle moyenne en mm/mois signifie que la pluviométrie annuelle totale a été divisée par 12. Les "précipitations quotidiennes moyennes" indiquent la quantité "moyenne" de pluie que l'on peut attendre d'un jour de pluie et sont obtenues en divisant les précipitations annuelles totales par le nombre de jours où des précipitations ont été observées. Il est très important de prêter attention aux unités dans lesquelles les précipitations sont exprimées. Notez que 10 mm de pluie mesurés par un pluviomètre équivalent à 1 litre d'eau sur une surface de 1m2. Dans certaines applications scientifiques, les précipitations sont exprimées en unités de volume, par exemple, l'intensité des précipitations peut être exprimée en m3/s. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Te m pe ra tu re (C ) Ra in fa ll (m m /m on th ) Month Mean seasonal cycle of rainfall and temperature Addis Ababa 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Te m pe ra tu re (C ) Ra in fa ll (m m /m on th ) Month Mean seasonal cycle of rainfall and temperature Niamey -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Te m pe ra tu re (C ) Ra in fa ll (m m /m on th ) Month Mean seasonal cycle of rainfall and temperature Moscow a) b) c) d) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Te m pe ra tu re (C ) Ra in fa ll (m m /m on th ) Month Mean seasonal cycle of rainfall and temperature Cape Town MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 11 11 Les climats tropicaux, à l'exception des régions équatoriales, sont souvent caractérisés par de grands contrastes de précipitations, alors que les températures y présentent des variations relativement faibles au cours de l'année. Les climats tropicaux sont caractérisés par des températures moyennes mensuelles égales ou supérieures à 18°C tout au long de l'année, avec de faibles variations entre les mois. À l'inverse, à l'exception des régions équatoriales, les précipitations peuvent présenter de forts contrastes entre la saison sèche et la saison des pluies. Aux latitudes moyennes, les précipitations varient relativement peu, tandis que la température présente de grands écarts. La classe de climats de latitudes moyennes appelée « tempérée » ou « océanique » englobe les régions où la température moyenne mensuelle est supérieure à 0°C mais inférieure à 18°C. Dans les climats « continentaux » de latitude moyenne, la température peut descendre en dessous de 0°C pendant les mois les plus frais. Exercice Travaillez individuellement ou en petits groupes et répondez aux questions suivantes en vous basant sur la Figure 1.1-2 : • Quelles sont les précipitations mensuelles moyennes maximales à Addis ? En quel mois ? Quelles sont les précipitations mensuelles moyennes minimales à Addis ? En quel mois ? Quelle est l’amplitude annuelle (la différence entre le maximum et le minimum, le contraste saisonnier) des précipitations mensuelles moyennes à Addis ? • Quelle est la température mensuelle moyenne maximale à Addis ? En quel mois ? Quelle est la température mensuelle moyenne minimale à Addis ? En quel mois ? Quelle est l’amplitude annuelle de la température mensuelle moyenne à Addis ? • Localisez les quatre villes sur une carte du monde. • Quelle est la valeur et le mois des précipitations mensuelles moyennes maximales dans chaque ville ? Quelle est la valeur et le mois des précipitations mensuelles minimales ? Quelle est l’amplitude annuelle des précipitations ? Quelle ville reçoit le plus de précipitations en un mois ? Quelle ville a la saison sèche la plus longue ? Quelle ville a la saison sèche la plus courte, voire inexistante ? • Quelle est la valeur et le mois des températures mensuelles moyennes maximales et minimales dans chaque ville ? Quelle est l'amplitude du cycle saisonnier des températures ? Quelle ville connaît les mois les plus froids ? Quelle ville est la plus chaude toute l'année ? • Comment les maxima et les minima de précipitations et de températures sont-ils liés dans une ville donnée ? MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 12 12 Figure 1.1-3. La végétation naturelle autour de Moscou (à gauche) et de Niamey (à droite) au début de l'année. L’Humidité L'humidité mesure la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air à un moment donné. Il existe deux mesures standard de l'humidité : • L'humidité absolue, qui est la mesure de la quantité de vapeur d'eau dans une parcelle d'air donnée et est généralement mesurée en unités masse/volume ou volume/volume. • L'humidité relative, qui est la mesure de la quantité de vapeur d'eau dans l'air à un moment donné par rapport à la quantité maximale de vapeur d'eau qu'une parcelle d'air peut retenir, appelée niveau de saturation. Elle est généralement exprimée en pourcentages (de saturation). Le niveau de saturation dépend fortement de la température - plus l'air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d'eau. Si l'air saturé se refroidit (par exemple, la nuit), l'eau se condense et crée du brouillard ou des précipitations. Notez que le même niveau d'humidité absolue en deux endroits du Mali peut donner des résultats très différents. L'humidité absolue et l'humidité relative ont tendance à être corrélées aux précipitations, les régions et les saisons les plus sèches connaissant une humidité plus faible que les régions et les saisons les plus humides. Exercice Les précipitations annuelles totales à Niamey sont d'environ 500 mm/an, contre environ 600 mm/an à Moscou. La différence est de l'ordre de 20 %. La Figure 1.1-3 montre la végétation naturelle autour de Niamey et de Moscou au début de l'été. Travaillez individuellement ou en petits groupes pour répondre aux questions suivantes : • Vous attendiez-vous à ces différences ? • Comment les facteurs climatiques et autres peuvent-ils expliquer ces différences ? MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 13 13 Le Rayonnement solaire et la Couverture nuageuse L'existence de presque toute la vie sur Terre est alimentée par la lumière du Soleil. La plupart des plantes utilisent l'énergie de la lumière solaire, combinée au dioxyde de carbone et à l'eau par le processus de la photosynthèse, pour se développer. Les animaux, y compris les humains, consomment des plantes et d'autres animaux pour survivre et se développer. Les humains utilisent également des combustibles fossiles, vestiges d'anciennes matières végétales et animales formées à l'aide de l'énergie solaire, pour soutenir diverses activités. Le rayonnement solaire est également la source d'énergie des mouvements au sein du système climatique, tels que les vents et les courants océaniques. La quantité de rayonnement solaire reçue à un endroit donné dépend principalement de la durée du jour et de la couverture nuageuse. Ces derniers ont des effets différents sur la quantité d'énergie reçue localement, des détails qui dépassent le cadre de cette formation. Le rayonnement solaire reçu à un endroit donné peut être mesuré de différentes manières : (i) l'irradiance solaire - une mesure directe de l'énergie instantanée reçue par unité de surface, en kW/m2, qui peut ensuite être transformée en insolation, c'est-à-dire en énergie reçue sur une période de temps ; (ii) le nombre d'heures d'ensoleillement, qui est ensuite transformé en énergie solaire reçue en une journée ; ou (iii) l'estimation de la couverture nuageuse, qui permet d'estimer l'insolation totale en une journée. Les Vents Les vents sont un élément important du système climatique car ils déplacent les masses d'air, pouvant avoir des propriétés différentes (température, humidité). Ils peuvent apporter de l'air humide ou sec dans une région, ou, à l'inverse, chasser l'air humide généré localement par évaporation et évapotranspiration. Il n'est pas rare que l'arrivée de la saison des pluies soit précédée d'un changement des vents dominants et que les nouveaux vents apportent l'humidité qui alimente les précipitations depuis les zones océaniques ou les forêts tropicales voisines. Le retrait de la saison des pluies correspond souvent au fait que les nouveaux vents n'apportent plus d'humidité dans la région. Les vents sont également importants dans l'estimation de l'évapotranspiration des plantes. La Pression atmosphérique La pression atmosphérique est une mesure de la force ou du poids de l'air sus-jacent par unité de surface à la surface. Les vents peuvent être générés par les différences de pression atmosphérique, soufflant généralement, sous les tropiques, des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Les pressions atmosphériques basses ont tendance à se former, à quelques exceptions près, au-dessus de zones où les températures sont plus chaudes que celles de leur environnement et les hautes pressions sont souvent situées au-dessus de zones plus fraîches. L'air plus chaud dans les zones de basse pression s'élève et, s'il contient suffisamment d'humidité, le mouvement ascendant peut entraîner des précipitations car l'air humide se refroidit en altitude et ne peut plus contenir la même quantité de vapeur d'eau. Dans les zones de haute pression, l'air descend souvent et sera relativement sec, car il provient des couches atmosphériques supérieures, plus froides, contenant moins d'humidité. Les déserts, cependant, font exception à cette règle car, généralement, MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 14 14 les pressions plus élevées recouvrent ces surfaces chaudes. Ce phénomène est lié aux processus d'humidification de l'air ainsi qu'aux schémas de circulation générale et au cycle diurne de la température. Exercice Les éléments ci-dessus constituent les variables les plus importantes, nécessaires pour décrire les conditions atmosphériques actuelles et prévoir leur évolution dans un avenir proche, de 24 heures à quelques semaines. Leur impact sur les plantes et les cultures varie. En travaillant individuellement ou en petits groupes, répondez aux questions suivantes : • Quel a été le dernier événement météorologique ou climatique, ou le plus important, dont vous vous souvenez, et qui a eu un impact négatif sur les cultures ? • Était-il lié aux conditions météorologiques ou au climat ? Auto-évaluation 1. Rappeler les différences entre la météo, le climat et le changement climatique. 2. Quelles sont les deux dimensions du climat ? En quoi la météo et le climat diffèrent-ils sur ces deux dimensions ? 3. Rappeler les trois principales variables utilisées pour décrire le climat d'un lieu donné. MATÉRIEL DE FORMATION | CRMAE MALI: GUIDE DE RÉFÉRENCE 15 15 Session 1.2. Le Climat du Mali Les Caractéristiques principales du climat du Mali Deux facteurs jouent un rôle important dans la détermination du climat du Mali : (i) l'absence de relief important : le pays est alors largement ouvert aux différentes masses d'air ; et (ii) sa position géographique en région tropicale. Le climat du Mali présente une diversification entre le Nord et le Sud du pays, ainsi qu’entre la côte et l’intérieur des terres, qui influence fortement le type d’agriculture et la distribution des différentes zones de subsidence sur le territoire (Figure 1.2-1). Les catégories climatiques des Figures 1.2-1 (a) et (b) correspondent à différentes conditions moyennes annuelles de précipitations et de températures, paramètres les plus importants pour la végétation. Le climat du nord du Pays est plus aride que le Sud, étant plus tropical. Des climats côtiers sont aussi identifiés, moins chaud que dans les Terres. Ces différents climats se reflètent dans les Figures 1.2- 1 (c) et (d) représentant la végétation potentielle, et la répartition des zones de subsistance du Mali (zones dans lesquelles les ménages obtiennent de manière relativement similaire leurs besoins alimentaire - FEWSNET3). La Distribution des zones climatiques dans l’espace La Figure 1.2-2 permet d'expliquer les principales tendances spatiales du climat au Mali. Les précipitations jouent un rôle important dans la définition de la tendance nord-sud. Les plus faibles taux de précipitation au Nord expliquent les climats et végétations arides, alors que les plus fortes précipitations enregistrées dans le Sud du pays sont associées aux climats et végétations tropicales. 3 Famine Early Warning System Network - https://fews.net/west-africa/senegal Dans cette session, nous utiliserons les concepts de base acquis lors de la session précédente pour décrire les différents types de climats rencontrés au Mali, en fonction des précipitations et des températures. À la fin de cette section, vous serez en mesure : • Décrire les différents climats du pays et les contraintes qui en découlent pour les activités agricoles. • Interpréter la variabilité climatique au Mali et ces principales causes. https://fews.net/west-africa/senegal 16 16 Figure 1.2-1. La distribution dans l’espace (a) des zones climatiques selon la classification Koppen- Geiger, (b) des zones agroécologiques, (c) des principaux types de végétation, et (d) des zones de subsistance au Mali. Exercice • Quels sont les principaux types de climat au Mali ? Décrivez leur emplacement approximatif. • Trouvez sur la carte de type de végétation (Figure 1.2-1 c) les zones de steppes et les zones de forêts. A quels climats ces types de végétation correspondent-ils ? • Dans le domaine climatique désertique du Mali, à quoi correspondent les zones de subsidences ML01, ML02 et ML03 (Figure 1.2-1 d) ? Quels phénomènes peuvent influencer ces variations d’Est en Ouest dans ces types d’agriculture ? 17 17 Figure 1.2-2 : La distribution spatiale (a) des précipitations annuelles moyennes, et (b) de la température moyenne annuelle au Mali. Sources : base de données ENACTS sur la période 1981- 2000. Au Mali, la distribution des précipitations est entièrement liée au comportement du front pluvieux, phénomène à plus grande échelle, et sera expliqué plus loin dans cette section. Cependant, la température varie à l'intérieur d'un domaine climatique suivant une tendance est-ouest expliquée par l'influence océanique et continentale près des côtes. Les Caractéristiques temporelles du climat du Mali Outre la répartition spatiale, les précipitations sont également réparties de manière inégale au cours de l'année, ce qui entraîne des saisons des pluies et des saisons sèches. La durée de ces saisons définira le type de végétation et de cultures qui peuvent être cultivées dans un endroit donné. L’ensemble des précipitations se produisent entre juin et septembre au Mali, et principalement en aout et septembre. La Figure 1.2-3 montre les différences (durée, intensité et début des précipitations) de cycles saisonniers de précipitations entre le Nord et le Sud du Mali pour la saison humide. Exercice • Quelle est la différence de température annuelle moyenne entre la côte et les terres les plus à l’Est ? • Quelles sont les précipitations annuelles moyennes (approximatives) dans les zones recouvertes de forêts ? Et dans les zones arides de steppes ? • Pouvez-vous identifier les zones de subsistances basées sur les cultures de maïs pluvial ? Quelle fourchette de précipitations annuelles moyennes reçoivent-elles ? • 18 18 Figure 1.2-3. Les caractéristiques temporelles des précipitations saisonnières au Mali. (a) La distribution mensuelles des précipitations entre le Nord et le Sud du Mali sur la période. (b) La date moyenne de début de la saison des pluies, calculé en nombre de jour à partir du 1er juin. Sources : Mali-Météo Maproom. La Figure 1.2-3a révèle que le Sud du Mali est la région qui reçoit les premières et les dernières pluies, résultant en une saison des pluies plus longue. Le mois de juin est caractérisé par les variations spatiales les plus forte d’une année sur l’autre. C’est aussi le mois clé marquant le début de la période de culture. La Figure 1.2-3b montre le décalage dans le démarrage de la saison des pluies entre les régions du Mali. Si la région de Kédougou peut en général commencer ses activités de culture avec un début de saison des pluies (ou saison d’hivernage) dès début juin, la région de Linguère n’y entre qu’environ mi-juillet. Exercice Travaillez individuellement ou en petits groupes et répondez aux questions suivantes : • Quels sont les principaux types de climats au Mali ? Décrivez leur localisation approximative. • Dans plusieurs régions, les climats sont classés comme « tempérés ». Vous attendiez-vous à des climats tempérés au Mali ? Pourquoi y a-t-il des climats tempérés au Mali ? • Il existe différentes variantes de climats tempérés au Mali. Quelles sont les différences ? 19 19 Les Facteurs principaux déterminant le climat du Mali Le climat du Mali est influencé par une interaction complexe de facteurs locaux et mondiaux, qui déterminent les conditions météorologiques observées dans tout le pays. La compréhension de ces facteurs clés est essentielle pour appréhender les caractéristiques du climat du Mali. Les Facteurs globaux • La latitude, qui définit la quantité d'énergie solaire par m2 que reçoit un endroit donné ; pour faire simple, cette quantité diminue de l'équateur aux pôles, en raison de la courbure de la Terre. Ces différences alimentent les circulations océaniques et atmosphériques dans le système climatique. • La rotation de la Terre autour du Soleil. L'axe de la Terre étant incliné, les régions polaires reçoivent des quantités d'énergie très différentes, selon la saison. Pendant l'hiver de l'hémisphère Nord, les régions polaires du nord ne reçoivent pas de lumière solaire et les latitudes moyennes reçoivent moins de rayonnement solaire avec des jours plus courts que leurs homologues du sud. Pendant l'hiver austral, le pôle Nord et les latitudes moyennes du nord reçoivent plus de rayonnement solaire que leurs homologues du sud. La variation de l'énergie reçue dans les tropiques en raison du cycle saisonnier est beaucoup plus faible. • La répartition des masses océaniques et terrestres. L'eau, la surface terrestre, et l'atmosphère ont des capacités différentes de stockage et de distribution de l'énergie. Ces différences définissent les circulations atmosphériques entre les masses terrestres et les océans. La Figure 1.2-4 présent schématiquement ces facteurs globaux et les circulations qui en résultent, en l’absence de facteurs locaux. 20 20 Figure 1.2-4. La représentation schématique des facteurs principaux globaux influençant le climat local. a) les différences d'énergie reçues par latitude ; b) les circulations atmosphériques méridiennes qui en résultent, en l'absence de masses terrestres ; c) le cycle saisonnier. d) Circulation atmosphériques de Walker, liés au positionnement des masses terrestres et océaniques. Sources: http://www.ux1.eiu.edu/~cfjps/1400/circulation.html, https://www.climate.gov/news- features/blogs/enso/walker-circulation-ensos-atmospheric-buddy http://www.ux1.eiu.edu/~cfjps/1400/circulation.html https://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/walker-circulation-ensos-atmospheric-buddy https://www.climate.gov/news-features/blogs/enso/walker-circulation-ensos-atmospheric-buddy 21 21 Les Facteurs locaux Si les facteurs globaux jouent un rôle important dans le climat du Mali, les facteurs locaux sont tout aussi importants pour déterminer les conditions climatiques spécifiques du pays. Les circulations théoriques liées aux facteurs globaux interagissent avec les facteurs locaux tels que les chaînes de montagnes, les plans d'eau intérieurs, les types de végétation et les sols. Ces éléments locaux modifient la température, les régimes de précipitations et les flux de vent, créant des microclimats et des phénomènes météorologiques uniques. Les effets des facteurs locaux sont représentés schématiquement à la Figure 1.2-5. Figure 1.2-5. La représentation schématique des facteurs locaux influençant le climat local. Les effets de la topographie sur le climat d'une région donnée peuvent être très importants. Les chaînes de montagnes créent des barrières qui modifient les régimes de vent et de précipitations. Les caractéristiques topographiques, telles que les chenaux étroits des vallées, amplifient les vents. Exercise • Notez le modèle de circulation dans la dimension verticale sur la Figure 1.2-4 b. Où l'air monte-t-il, où descend-il ? Les cellules situées immédiatement au nord et au sud de l'équateur sont appelées cellules de Hadley et définissent l'étendue des tropiques. Notez les vents à la surface de la Terre dans les tropiques (Alizés). Dans quelle direction soufflent-ils ? • Sous l'effet du cycle saisonnier représenté sur la Figure 1.2-4 c, le système de la figure 1.2- 4 b n'est pas symétrique et se déplace respectivement vers le sud et vers le nord. Il en va de même pour la zone d'ascension de l'air près de l'équateur. Pensez-vous que la zone d'ascension de l'air se trouve au nord de l'équateur ou au sud de l'équateur pendant la période juin-septembre (l'été de l'hémisphère Nord) ? • Dans la Figure 1.2-4 d, identifiez les masses terrestres et les océans. Les flèches verticales représentent les mouvements de montée et de descente dans les tropiques, dans la direction est-ouest. L'air humide ascendant est susceptible de générer des précipitations. Où trouve-ton les mouvements ascendants les plus forts (appelé « convection ») ? Au- dessus des océans ou des continents ? 22 22 L'orientation des montagnes par rapport au soleil peut créer des microclimats distincts dans certaines régions. Une brise de terre prédomine la nuit. La surface terrestre se refroidit et atteint des températures inférieures à celles de la surface de l'eau adjacente. Une basse pression se développe à la surface de l'eau et une haute pression se développe à la surface terrestre. En raison de ce gradient de pression entre la terre et la mer, l'air se déplace de la terre vers la mer. Une brise de terre se forme le long du littoral. La brise marine prédomine pendant la journée. Pendant la journée, la surface terrestre se réchauffe à des températures supérieures à celles de la surface de l'eau. Par conséquent, une zone de basse pression se forme à la surface terrestre et une haute pression se développe à la surface de l'eau. L'air se déplace horizontalement de la mer (surface de l'eau) vers la terre le long du gradient de pression entre la mer et la terre. Ce mouvement d'air de la mer vers la terre est appelé brise marine. La végétation est un indicateur du climat d'une région. De ce fait, les zones climatiques sont définies par la répartition des types de végétation : flore des déserts chauds, forêt tropicale humide, forêt boréale, forêt décidue tempérée et toundra. Les vastes couverts forestiers et les prairies ont un effet rafraîchissant sur l'environnement. Les sols forestiers absorbent également de grandes quantités d'énergie, ce qui influence la météo et le climat. La végétation influence le climat car elle influence la réflexion de l'énergie solaire à la surface de la Terre et la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Le Facteurs régionaux : La Mousson d'Afrique de l'Ouest La caractéristique saisonnière principale de l'Afrique de l'Ouest est celle de la mousson, illustrée par la Figure 1.2-6. La mousson d'hiver du sud-ouest s'écoule en surface sous la forme d'une couche d'air humide et froide peu profonde, d’origine maritime. Elle est recouverte par l'alizé primaire du nord-est, qui souffle du Sahara et du Sahel sous la forme d'un profond courant d'air chaud et sec, souvent poussiéreux, connu sous le nom d'harmattan. Le phénomène de mousson d'Afrique de l'Ouest est lié à l'alternance du vent de sud-ouest et de l'harmattan à la surface. Cette alternance se situe normalement entre les latitudes 9° et 20° N. En raison des origines, température et taux d’humidité différentes de ces masses d’air, un front intertropical se forme à la convergence de ces deux vents. 23 23 Figure 1.2-6. Les schémas des vents et des précipitations liées à la mousson ouest-africaine, pour les périodes (gauche) de juin à septembre, et (droite) de janvier à mars. Source : Encyclopædia Britannica, Inc. La Figure 1.2-7 montre plus de détails et les relations entre les précipitations et les vents ainsi que la topographie en Afrique de l’Ouest. Notez que les maxima des précipitations se trouvent toujours un peu au sud de la zone de convergence des vents (zone ou les vents sont les plus faibles). 3/22/22, 10:17 AM West African monsoon | Britannica https://www.britannica.com/science/West-African-monsoon 1/1 24 24 Figure Error! No text of specified style in document.-4: À gauche : La climatologie des vents a la surface de la Terre (les flèches sont proportionnelles à la vitesse des vents) et des précipitations mensuelle (aplats verts) pour les mois de janvier, mai, et août. Source des donnée : NCEP-NCAR Reanalysis 2 ; À droite : La topographie de l’Afrique de l’Ouest (en haut) ; et les structures détaillées des précipitations annuelles moyennes en Afrique de l’Ouest, 1951-1989 (en bas). Source : IRD, http://www.cartographie.ird.fr/pluvio.html Auto-évaluation • Quelles facteurs définissent les caractéristiques principales du climat au Mali ? Les facteurs globaux ou locaux ? Citez trois éléments dans la classe choisie. • Comment varient dans l’espace les précipitations et des températures en fonction du cycle saisonnier ? Quel facteur est le plus important pour expliquer le cycle saisonnier des précipitations ? http://www.cartographie.ird.fr/pluvio.html 25 25 La Variabilité climatique au Mali La succession des saisons se produit régulièrement, mais avec des déviations d'une année sur l'autre : la saison des pluies peut être plus ou moins pluvieuse, plus ou moins longue, la température peut être un peu plus chaude ou plus froide que l'année précédente, etc. Ces variations sont importantes au Sahel, particulièrement au Mali, impliquant la nécessité d’adaptation des systèmes socio-économiques. En effet, elles ne sont pas sans conséquences sur la productivité des cultures et le bien-être des animaux et des hommes. Pour cette raison, une partie de la science du climat se concentre sur la compréhension et la prévision de ces variations interannuelles. Sur la base des éléments vus jusqu'à présent, il est facile de comprendre qu'un petit changement dans la configuration saisonnière des vents (par exemple, la présence de vents plus forts en provenance du Sahara ou la mise en place plus tardive des vents en provenance de l'océan Atlantique) peut retarder la saison des pluies, ou la rendre plus courte. De même, une humidité moindre apportée par les vents peut rendre la saison moins pluvieuse. Le Mali est sujet à des changements climatiques décennaux et interannuels importants, et est notamment très sensible aux sécheresses et aux pauses sèches. En période de mousson, les pluies peuvent être intermittentes, entrainant des pauses sèches plus longues, et le nombres de jour pluvieux durant une année ou une décennie peuvent alors être moindre. Cela a été le cas dans les années 1970. Depuis, la pluviométrie totale semble revenir à la normale, mais avec des précipitations plus intenses et toujours moins de jours pluvieux. Exercice • La structure des précipitations moyennes annuelles de la Figure 1.2-7, présente-t-elle les le même alignement zonale des isohyètes (lignes de même valeur de précipitations) que les précipitations au Mali ? • Identifiez les régions avec des précipitations les plus élevées. En utilisant les vents au mois d’aout et la topographie, pouvez-vous expliquer la structure régionale des précipitations ? 26 26 Figure Error! No text of specified style in document.-5: Les anomalies interannuelles standardisés des précipitations au Sahel (1950-2020). Source : AGRHYMET. En plus des facteurs situés à proximité immédiate du Mali, des variations dans des régions aussi éloignées que l'océan Pacifique tropical peuvent également affecter le climat au Mali, en perturbant les cellules établies entre les masses terrestres et les océans, comme illustré dans les Figures 1.2-4 et 1.2-5. Plusieurs phénomènes dans les océans environnants et lointains ont un impact profond sur la variabilité interannuelle du climat au Mali, notamment les modes zonal et méridien de l’Atlantique, ainsi que El Niño – Oscillation australe (ENSO) dans le Pacifique tropical. L’Oscillation Australe d’El Niño (El Niño - Southern Oscillation ou ENSO) El Niño – Oscillation australe (ENSO) est un phénomène océanique et atmosphérique qui se produit dans la région équatoriale du Pacifique. En conditions neutres, en raison des alizés, on observe une accumulation d’eaux chaudes et une forte évaporation accompagnée de précipitations importantes dans l’est du Pacifique équatorial, ainsi que des conditions climatiques généralement humides en Asie du Sud-Est. Du côté ouest d’océan Pacifique équatorial, les eaux de surface sont plus froides et l’atmosphère est plus sèche, entraînant des conditions arides sur la côte ouest de l’Amérique du Sud tropicale (Figure 1.2-9a). Exercice • Identifiez une année qui a particulièrement été touché par les sècheresses au Mali. Correspond-t-elle sur la Figure 1.2-8 à une anomalie négative des précipitations totales ? Quels autres paramètres pluviométriques sont clés dans le développement des sècheresses ? 27 27 Périodiquement, ces conditions se relâchent, les eaux chaudes et les systèmes générateurs de pluie se déplacent vers l’ouest et peuvent provoquer des pluies torrentielles sur la côte de l’Amérique du Sud (Figure 1.2-9a b). C’est un épisode El Niño. Lors de l’épisode opposé, appelé La Niña, les circulations atmosphériques et le contraste des températures océaniques se renforcent (Figure 1.2- 9a). El Niño/La Niña se produisent principalement autour de décembre-janvier et tirent leur nom de leur coïncidence avec Noël (El Niño = le petit garçon, en référence à l’enfant Jésus). Figure 1.2-9. Une représentation schématique des conditions (a) neutres, (b) El Niño et (c) La Niña dans le Pacifique équatorial. Les anomalies de la circulation atmosphérique et des précipitations dans l’océan Pacifique équatorial se propagent à travers le monde via des connexions atmosphériques et des ondes dans l’atmosphère, et peuvent générer des anomalies climatiques dans différentes régions du globe. La Figure 1.2-8 montre les principales anomalies climatiques lors de la phase El Niño. Bien que ces figures soient globales, en résumé, El Niño tend à réduire les précipitations au sein de la mousson d’Afrique de l’Ouest. Exercice Travaillez individuellement ou en petits groupes pour répondre à la question suivante : • Repérez la circulation dans la Figure 1.2-4d qui est perturbée par le phénomène El Niño/La Niña. Quelle autre circulation peut-elle également perturber ? Exercice Travaillez individuellement ou en petits groupes. En examinant la série temporelle de l'ENSO (Figure 1.2-11) : • À quelle fréquence les événements El Niño/La Niña se produisent-ils ? • En quelles années ont eu lieu les deux événements El Niño les plus forts et les deux événements La Niña les plus forts ? 28 28 Figure 1.2-10. Les impacts de (a) El Niño et (b) La Niña sur les températures et les précipitations à travers le monde pendant la saison décembre-février. Source : NOAA https://www.noaa.gov/understanding-el-nino, consulté le 10 janvier 2025. La Figure 1.2-11 montre l'évolution temporelle des anomalies de température de surface de la mer dans le Pacifique équatorial associées aux événements El Niño/La Niña. Figure 1.2-11. Une série temporelle des anomalies de SST dans l’océan Pacifique équatorial sur la période 1950-2020. Source : https://fews.net/el-niño-and-precipitation, consulté le 8 février 2021. L’Océan Atlantique Bien que l'ENSO soit un phénomène mondial affectant le climat dans de nombreuses régions du globe, les températures de surface de la mer (sea surface temperature ou SST) dans l'océan Atlantique tropical connaissent également des variations, comme le montre la Figure 1.2-12. Les eaux de surface de la mer plus chaudes ou plus froides affectent le gradient de température entre la mer et la terre, influençant ainsi la circulation des vents et l'advection de l'humidité nécessaire https://www.noaa.gov/understanding-el-nino 29 29 pour alimenter les précipitations dans la mousson ouest-africaine. Comme mentionné ci-dessus, 40 % de l'humidité de la mousson d’Afrique de l’Ouest provient de l'océan Atlantique. En plus d'affecter directement l'humidité nécessaire aux précipitations, la variabilité de la SST dans l'océan Atlantique peut influencer la manière dont l'ENSO impacte les précipitations en Afrique de l'Ouest, comme le montre la Figure 1.2-13. Note : il n'est pas nécessaire de comprendre la Figure 1.2-13, souvenez-vous simplement : c'est compliqué ! Figure 1.2-12. Les modes de variabilité de temperature de surface de la mer (SST) dans l'océan Atlantique tropical. Les couleurs rouges représentent des SST plus chaudes que la normale ; les couleurs bleues – plus froides que la normale. Source : Foltz et al. 2019. 30 30 Figure 1.2-13. Le schéma des composants principaux de la variabilité de l'océan Atlantique tropical et des interactions avec l'océan Pacifique. Source : Foltz et al. 2019. Frontiers in Marine Science. Une Note sur les effets de surpâturage et modifications de l'albédo L'une des premieres explications des sécheresses sahéliennes était basé sur l'hypothèse de Charney (Charney et al. 1977), selon laquelle elles étaient causées par un déclin de la couverture végétale. Cette dégradation de la végétation, liée au surpâturage et la conversion des zones boisées en terres agricoles aurait entraîné une augmentation de la réflectivité ou de l'albédo du paysage (Fuller et Ottke 2002). Ce phénomène peut alors réduire le réchauffement de la terre localement, car moins de rayonnement solaire est absorbé et moins d'humidité est libérée dans l'atmosphère, pouvant entraîner une diminution des précipitations. Si cette hypothèse est valide localement, et montre l’importance de la reboisement de certaines zones, elle ne permet pas d’expliquer les retours a des conditions plus humides. Actuellement, le rôle des SST est reconnu comme le principal mécanisme de la variabilités interannuelle de la mousson ouest-africaine. 31 31 Session 1.3. Les données et informations climatiques Bien que souvent utilisées de manière interchangeable, il existe une distinction importante entre données climatiques et informations climatiques : • Les données climatiques sont un ensemble de valeurs/mesures de la variable d'intérêt (température, pression atmosphérique, vent, humidité, nébulosité, précipitations, etc.). Il s'agit d'un ensemble de valeurs généralement peu utiles aux non-spécialistes. • Les informations climatiques sont des données analysées ou interprétées pour un objectif spécifique, par exemple la moyenne sur un comté, la fréquence des précipitations au-delà de certains événements, la durée de la saison des pluies. Les différents types d'informations climatiques peuvent être obtenus à partir des mêmes données, avec des analyses différentes. Par exemple, la fréquence des précipitations extrêmes et la durée de la saison des pluies sont toutes deux extraites des mêmes données pluviométriques quotidiennes. La plupart des décisions en agriculture ne nécessitent pas de données, mais des informations préparées dans un but précis. Cela ne peut se faire que si un dialogue soutenu est établi entre les producteurs Il est important d'établir une distinction entre les données météorologiques et climatiques et les informations météorologiques et climatiques. Les données désignent des ensembles de mesures de variables météorologiques et climatiques à partir desquelles sont extraites des informations plus utiles au quotidien ou intégrées à des applications telles que les modèles de cultures ou hydrologiques. Les informations météorologiques et climatiques reposent sur diverses analyses de données réalisées avec un objectif précis. La plupart des gens ont besoin d'informations météorologiques et climatiques, et non de données, pour leurs activités quotidiennes et professionnelles. Cependant, il existe différents types de données, qui influencent le type et la qualité des informations climatiques qu'il est possible d'en tirer. À la fin de cette section, vous serez en mesure : • D’identifier les différents types de données météorologiques et climatiques, leurs forces et leurs faiblesses. • D’identifier certains aspects statistiques du climat. • De décrire et d’interpréter les informations climatiques fournies. • D’expliquer les différentes dimensions et échelles du climat. 32 32 et les utilisateurs d'informations climatiques. Enfin, cette extraction ajoute de la valeur aux données initiales. Les Types de données climatiques Notre compréhension de la météo et du climat, de leur variabilité, et de leur évolution à long terme sous l'effet du changement climatique repose sur l'analyse des données relatives aux variables énumérées à la Section 1.1. Ces données sont recueillies régulièrement par divers dispositifs et organisations, depuis des stations météorologiques terrestres gérées par les services météorologiques, jusqu'aux données recueillies en altitude par les radars ou les avions, ou au milieu de l'océan par les navires et les bouées. Depuis 40 ans, les conditions météorologiques sont également observées par des satellites en orbite autour de la Terre. La Figure 1.3-1 présente les différentes sources de données qui contribuent à nos connaissances climatiques. Figure 1.3-1. Les sources de données météorologiques et climatiques. (a) la représentation schématique de divers appareils mesurant les variables météorologiques ; (b) l’image d'une station météorologique typique ; (c) les navires et les bouées – les sources principales de mesures dans les mers et les océans ; (d) la constellation de plusieurs satellites en orbite autour de la Terre. Exercice • Prenez un moment pour identifier les différentes façons de mesurer les variables météorologiques et climatiques dans la Figure 1.3-1 a. Quelles plateformes sont utilisées pour la collecte de données à la surface de la terre ? Dans l'atmosphère ? Et au-dessus de l'atmosphère terrestre ? a) b) c) d) 33 33 Ces mesures conduisent à trois types de données : 1. Les données de station correspondent à des mesures exactes à un endroit et temps donné, le plus souvent à la surface de la Terre, bien que les radars et ballons stationnaires collectent des données sur l'atmosphère. Certaines régions du globe ont très peu de stations de mesures. La Figure 1.3-2 montre la répartition des stations météorologiques qui ont déclaré recueillir des données le 1er juin 1997. Figure 1.3-2. La localisation des stations météorologiques ayant déclaré avoir collecté des données le 1er juin 1997. Chaque cercle rouge représente une station. 2. Les données en point de grille divisent la surface de la Terre en petits carrés et attribuent à chaque carré une valeur d'une variable météorologique/climatique à un temps donné. De cette façon, la surface de la Terre est uniformément couverte de valeurs, même dans les endroits où il n'y a pas d'observation. La façon dont les valeurs dans les endroits sans observation sont dérivées dépend de l'ensemble de données et de ses spécificités. Les techniques vont d'une simple moyenne des valeurs observées les plus proches, à des méthodes plus complexes qui incluent, par exemple, l'altitude. L’absence de zones sans valeurs facilite alors de nombreuses analyses. La plupart de ces ensembles de données sont également mondiaux. Il y a cependant des limites quant à la façon dont les données dans des endroits sans observations représentent la réalité. Actuellement, la résolution des ensembles de données maillées - la taille des carrés - varie de quelques km2 à quelques centaines de km2. 34 34 Figure 1.3-3. Une carte des vents a la surface des océans (les flèches) et d'une mesure de leur convergence (les couleurs) basée sur des données en point de grille. Deux types de données en point de grille sont particulièrement importantes ; a. Les données satellitaires constituent une catégorie particulière de données maillées. Les satellites peuvent observer de vastes étendues de la Terre et de l'atmosphère, même dans les zones océaniques éloignées et difficiles d'accès. Cependant, ils présentent également certains inconvénients : Il existe différents types de satellites. Certains orbitent autour de la Terre et passent au-dessus du même endroit tous les 15 jours environ. Cela signifie qu'ils mesurent les variables météorologiques/climatiques tous les 15 jours. D'autres sont stationnaires au-dessus d'un endroit donné, ce qui signifie qu'ils observent chaque minute les conditions à cet endroit et dans un périmètre de plusieurs kilomètres, mais ils ne sont pas assez nombreux pour que les mesures couvrent l'ensemble du globe. Les satellites effectuent des observations à très grande distance et les mesures peuvent être affectées par ce qui se passe entre le satellite et la surface de la Terre. Par exemple, par temps nuageux, certains satellites ne « voient » pas la surface de la Terre et ne peuvent donc pas mesurer sa température. De même, ils auront des difficultés à obtenir des valeurs exactes de la température s'il y a beaucoup de pollution ou de fumée. Enfin, certaines variables ne sont pas mesurées directement mais sont issues de valeurs calculées à partir de mesures qui reflètent la variable. La précipitation, par exemple, est une variable indirectement mesurée. Comme mentionné ci-dessus, les satellites ne peuvent pas mesurer ce qui leur est caché par les nuages. Les nuages et la pluie sont indissociables, les satellites ne peuvent donc pas mesurer la pluie qui touche le sol. Ils font alors une estimation de la quantité de pluie sous les nuages en se basant sur la hauteur des nuages - plus les nuages sont hauts, plus les précipitations sont intenses. La hauteur des nuages est elle-même estimée à partir de la température de leur sommet - plus le nuage est haut, plus la température est froide. La température des nuages est ensuite calibrée aux mesures de précipitations observées au sol, aux stations météorologiques. Cette méthode n'est pas sans défaut car certaines caractéristiques locales, telles que les montagnes, les lacs ou même la végétation, peuvent 35 35 influencer les taux de précipitations. C'est pourquoi on parle « d’estimations des précipitations par satellite ». En résumé, les satellites apportent une grande quantité d'informations, en particulier pour les régions reculées, mais ces informations ne sont pas la « vérité du terrain » et les données satellitaires doivent souvent être corrigées à l'aide d'observations, lorsqu'elles sont disponibles, dans un processus appelé « fusion ». Les données fusionnées ont l'avantage d'une couverture spatiale uniforme et sont plus proches de la vérité du terrain que les données satellitaires seules. Un jeu important de données fusionnées au Mali est le jeu de données de haute résolution sur les précipitations et la température, développé dans le cadre de l'initiative ENACTS (Enhancing National Climate Services). Sa résolution actuelle est de 4 km x 4 km et couvre la période de 1981 à aujourd'hui. Ces données sont à la base de nombreuses maproom qui seront discutées dans le module 2. b. Les données modélisées (ou ‘sorties de modèle’) font référence aux données générées par les modèles numériques. Ces modèles - modèles de circulation générale ou régionale (MCG ou MCR) - sont un ensemble d'équations représentant les lois physiques et chimiques qui régissent le système météorologique et climatique. En ingérant les données disponibles décrivant les conditions actuelles et en résolvant ces équations à l'aide d'ordinateurs puissants, ils sont capables de prédire les conditions météorologiques et climatiques dans le futur ainsi que dans des endroits sans observations. Les MCG seront expliqués plus en détail dans la section consacrée aux prévisions. À ce stade, il est important de comprendre qu'ils peuvent générer des données maillées, en comblant les données manquantes, à la surface de la Terre ainsi que dans Exercice • Comparez les Figures 1.3-2 et 1.3-3 en termes de données au niveau des océans. Supposons qu'un ensemble de données maillées remplisse les observations manquantes avec la moyenne des valeurs observées voisines. Il existe des stations mesurant les précipitations et la température dans deux vallées séparées par une chaîne de montagnes sans observations. Les valeurs correspondant à la chaîne de montagnes ont alors été dérivée comme une moyenne entre les observations dans les vallées. w Dans quelle mesure pensez-vous que les valeurs maillées représentent bien les conditions dans les montagnes ? Quels aspects seront bien représentés ? Quels aspects seront moins bien représentés ? w Quelle erreur attendez-vous pour la température ? Quelle erreur attendez-vous pour les précipitations ? • Citez les avantages et les inconvénients des différents types de données. • Quelles sont les précautions à prendre lors de l'utilisation des données de la station ? • Quelles sont les précautions à prendre lors de l'utilisation de données maillées ou modélisées ? 36 36 l'atmosphère, grâce à des procédures très complexes basées sur des équations physiques. Ils créent des ensembles de données maillées plus cohérents sur le plan physique et sont particulièrement appréciés des climatologues, particulièrement des données de « réanalyse » dans le temps. Les données modélisées peuvent souffrir de biais systématiques, similaires à ceux des ensembles de données maillées. Important : Une description du type de données utilisées pour générer les informations données doit accompagner ces informations (ex. sous forme de légende ou de description) et il est très important de prêter attention aux données utilisées. La Mesure du climat de surface Les Instruments de mesure Dans les stations météorologiques du monde entier, de nombreux instruments permettent de mesurer les variables atmosphériques « in situ », c'est-à-dire directement. Les paramètres météorologiques sont mesurés à l'aide d'une large gamme d'instruments. Chaque instrument est conçu pour mesurer un paramètre spécifique. Parmi les instruments météorologiques courants, on trouve : le thermomètre, le pluviomètre, le baromètre, l’anémomètre, le thermomètre humide, ou l’hygromètre (Figure 1.3-4). Un thermomètre mesure la température. Étant destiné à mesurer la température de l'air, il est important qu'il soit à l'abri non seulement de la lumière directe du soleil, mais aussi de la chaleur rayonnante du sol et des autres objets environnants. Les thermomètres plus anciens (comme celui illustré à la Figure 1.3-4) étaient généralement fabriqués avec du mercure, liquide à la plupart des températures observées sur Terre et qui se dilate de manière prévisible à des températures plus élevées. Les thermomètres plus récents sont généralement numériques et, pour diverses raisons, indiquent des températures légèrement différentes des méthodes plus traditionnelles. Les mesures de température comptent parmi les données climatiques disponibles les plus anciennes. Cependant, pour l'analyse climatique, il est essentiel de prendre en compte les changements d'instrumentation, de localisation et d'environnement immédiat (par exemple, l’occupation des sols). Exercice Travail individuel ou en petits groupes : • Énumérez les avantages et les inconvénients des différents types de données. • Quelles précautions faut-il prendre lors de l'utilisation de données de station ? • Quelles précautions faut-il prendre lors de l'utilisation de données maillées ou modélisées ? 37 37 Figure 1.3-4. Les instruments de mesure météorologiques courants: (a) un thermomètre à mercure, (b) un pluviomètre, (c) baromètre, et (d) un anémomètre. Sources: https://www.homesciencetools.com/product/thermometer-plastic-back/ (consulté le 25 Feb 2022), https://www.123rf.com/photo_100212071_meteorology-with-rain-gauge-in-garden-measurement-of- precipitation.html (consulté le 25 Feb 2022), https://www.flinnsci.com/barometer- metric/ap5070/?gclid=Cj0KCQjw94WZBhDtARIsAKxWG-_ksMsWzA9vwfxyJ5vhK- UCMsqH28Sb0S9vsaaaa0YFxxPGIVGM9gYaAh5DEALw_wcB (consulté le 14 Sep 2022), https://www.baranidesign.com/wind-sensors (consulté le 25 Feb 2022). Un pluviomètre mesure l'accumulation des précipitations. Comme pour le thermomètre, les instruments plus anciens, comme celui illustré à la figure 1.3-4, étaient manuels et les mesures n'étaient généralement effectuées qu'une fois par jour. Les instruments plus modernes sont automatiques et fournissent des mesures toutes les heures, voire plus fréquemment. La conception d'un pluviomètre peut avoir un impact considérable sur la quantité de précipitations mesurée, tout comme les changements environnementaux, tels que la construction de nouveaux bâtiments ou la croissance des arbres à proximité. Ces problèmes sont aggravés par la nature très localisée des précipitations : même à quelques mètres de distance, l'intensité de la pluie peut varier considérablement. La mesure de l'épaisseur de neige pose des défis supplémentaires. Par conséquent, il est impératif de prendre en compte les effets des changements d'instrumentation, de localisation et de contexte environnemental. Néanmoins, en raison de l'importance des précipitations, en particulier sous les tropiques, les jeux de données climatiques relatives aux précipitations comptent parmi les plus développés de toutes les variables climatiques. Un baromètre mesure la pression atmosphérique. Tous les baromètres nécessitent un capteur de pression ou un liquide compressible (généralement du mercure ou de l'eau) pour mesurer la pression atmosphérique. Les anciens baromètres affichaient souvent la pression sur un cadran circulaire, mais les plus récents sont numériques. Les mesures de pression atmosphérique sont relativement insensibles aux variations d'instrumentation, de localisation et de conditions environnementales ; il existe donc des jeux de données de pression atmosphérique de bonne qualité, adaptés à l'analyse climatique. Un anémomètre mesure la vitesse et la direction du vent. Il existe très peu de données sur le climat éolien, notamment en raison de la nature très localisée et capricieuse du vent. https://www.homesciencetools.com/product/thermometer-plastic-back/ https://www.123rf.com/photo_100212071_meteorology-with-rain-gauge-in-garden-measurement-of-precipitation.html https://www.123rf.com/photo_100212071_meteorology-with-rain-gauge-in-garden-measurement-of-precipitation.html https://www.flinnsci.com/barometer-metric/ap5070/?gclid=Cj0KCQjw94WZBhDtARIsAKxWG-_ksMsWzA9vwfxyJ5vhK-UCMsqH28Sb0S9vsaaaa0YFxxPGIVGM9gYaAh5DEALw_wcB https://www.flinnsci.com/barometer-metric/ap5070/?gclid=Cj0KCQjw94WZBhDtARIsAKxWG-_ksMsWzA9vwfxyJ5vhK-UCMsqH28Sb0S9vsaaaa0YFxxPGIVGM9gYaAh5DEALw_wcB https://www.flinnsci.com/barometer-metric/ap5070/?gclid=Cj0KCQjw94WZBhDtARIsAKxWG-_ksMsWzA9vwfxyJ5vhK-UCMsqH28Sb0S9vsaaaa0YFxxPGIVGM9gYaAh5DEALw_wcB https://www.baranidesign.com/wind-sensors 38 38 Un thermomètre à bulbe humide, ou hygromètre, permet de déduire l'humidité. Le bulbe d'un thermomètre standard (généralement à mercure) est recouvert d'un tissu imbibé d'eau et le refroidissement par évaporation de l'eau du tissu abaisse la température du thermomètre à bulbe humide. À 100 % d'humidité relative, la température du bulbe humide et la température normale (ou « bulbe sec ») sont identiques. À mesure que l'humidité relative diminue, l'écart entre les températures du bulbe sec et du bulbe humide augmente. Les mesures d'humidité étant basées sur les températures, les problèmes de qualité des données pour la température s'appliquent généralement également à l'humidité. Que sont les stations météorologiques ? Les stations météorologiques du monde entier sont généralement équipées des instruments mentionnés ci-dessus, bien que certaines en aient moins et d'autres plus (Figure 1.3-5). Différents protocoles existent pour l'étalonnage des instruments météorologiques et les moyens de transmission des données. Le site choisi pour l'établissement d'un observatoire météorologique doit satisfaire à certaines exigences de base recommandées par l'OMM. Les observatoires (ou stations) météorologiques sont situés sur des sites sélectionnés pour garantir que les observations soient représentatives de la zone environnante et ne soient pas indûment influencées par des facteurs locaux. Alors que de nombreuses stations météorologiques plus anciennes nécessitent un enregistrement manuel des valeurs, de nombreuses stations plus récentes sont entièrement automatiques et comprennent un enregistreur de données capable de transmettre les informations enregistrées à un service météorologique. Les stations météorologiques automatiques sont généralement équipées d'un thermomètre, d'un baromètre, d'un pluviomètre, d'un anémomètre, d'un capteur d'énergie, d'un enregistreur de données et parfois d'un capteur de température du sol, tous montés sur le même appareil (figure 1.3-6). Les relevés de tous les instruments sont enregistrés numériquement sur l'enregistreur de données et peuvent être surveillés à distance. Afin de mesurer les propriétés atmosphériques à différentes couches de l'atmosphère, plusieurs de ces instruments peuvent être montés sur un avion ou placés sous un ballon météorologique qui mesure l'altitude en vol (figure 1.3-7). Un ballon météorologique est un type de ballon à haute altitude qui transporte des instruments météorologiques pour prendre des mesures à haute altitude dans l'atmosphère. Une radiosonde est un instrument alimenté par batterie qui mesure la pression atmosphérique, la température et l'humidité, généralement à bord d'un ballon météorologique, et transmet ces données par radio à un récepteur au sol. Une radiosonde est une radiosonde utilisée pour mesurer le vent en plus d'autres paramètres. Une sonde aérosonde est un appareil d'enregistrement météorologique comprenant plusieurs instruments (généralement dans un cadre entièrement numérique) et conçu pour être largué d'un avion à la surface tout en effectuant des enregistrements tout au long de sa chute. À noter que, contrairement aux stations météorologiques, ces plateformes n'enregistrent généralement pas les paramètres atmosphériques de manière continue. Elles sont plutôt larguées ponctuellement à des fins spécifiques. 39 39 Figure 1.3-5. Une site de station météorologique traditionnelle. Cette station météorologique comprend un pluviomètre, un pluviomètre, une jauge de température, un baromètre, des anémomètres, des pyranomètres, et un pyrhéliomètre avec des panneaux solaires pour alimenter le tracker solaire et certains capteurs. Source : https://www.essearth.com/compact-weather- sensors-and-traditional-weather-sensors/, consulté le 10 février 2025. Figure 1.3-6. Une station météorologique. Source : Alpha Omega Electronics (s.d.). Système de station météorologique automatique avancé. Source : https://www.alphaomega- electronics.com/en/compact-stations-kits/1713-advanced-automatic-weather-station-system.html, consulté le 25 février 2022. https://www.essearth.com/compact-weather-sensors-and-traditional-weather-sensors/ https://www.essearth.com/compact-weather-sensors-and-traditional-weather-sensors/ https://www.alphaomega-electronics.com/en/compact-stations-kits/1713-advanced-automatic-weather-station-system.html https://www.alphaomega-electronics.com/en/compact-stations-kits/1713-advanced-automatic-weather-station-system.html 40 40 Figure 1.3-7. À gauche : Le lancement d'un ballon météo avec des instruments attachés. À droite : Un avion de surveillance des tempêtes qui lance des sondes pour enregistrer les conditions atmosphériques au sein d'une tempête. Sources : https://www.forbes.com/sites/marshallshepherd/2018/05/18/it-was-weather-balloon-georgia-not-a-bomb-5- questions-answered-about-them/, https://scied.ucar.edu/learning-zone/atmosphere/dropsonde, consulté le 10 février 2025. Les Analyses climatiques Comme mentionné précédemment, ce sont les informations climatiques (c’est-à-dire les données une fois analysées) qui sont les plus utiles. Dans cette section, nous allons aborder les types d’analyse de données statistiques les plus utilisés. Certaines analyses s'appliquent à la fois aux dimensions spatiales et temporelles du climat, d'autres à une seule. La Moyenne Le calcul de moyennes est probablement l'analyse la plus simple et la plus courante. Elle consiste à diviser la somme des valeurs par le nombre de valeurs. Elle nous donne une idée globale des valeurs de l'ensemble des données, sachant qu'elles ne sont pas toutes égales à la moyenne. Par exemple, les précipitations annuelles moyennes à un endroit peuvent être de 600 mm/an alors qu'elles sont de 800 mm/an à un autre endroit. Cette analyse est pratique pour calculer les caractéristiques climatiques dans l’espace et le temps, par exemple les précipitations moyennes sur une région ou un bassin versant, ou sur une période donnée (par exemple 1991-2020). Lorsque les valeurs moyennes sont calculées dans le temps, il est recommandé d'utiliser au moins 30 ans de données pour que la moyenne soit représentative du climat. La moyenne des 3 ou 5 dernières années, bien que donnant certaines informations, peut ne pas être réellement représentative du climat, car ces années peuvent avoir été exceptionnellement humides ou sèches, froides ou chaudes. Les météorologues font souvent référence aux « normales climatiques », moyennes qui couvrent généralement des périodes de 30 ans jusqu’à la décennie la plus récente entièrement terminée, et sont mises à jour tous les 10 ans. La normale climatologique actuelle est 1991-2020. Les Anomalies Le calcul de moyennes est utile pour décrire le climat mais il ne rend pas compte de la variabilité des données dans l'espace et dans le temps. Il peut parfois être utile de savoir qu'une partie du bassin versant ou du département reçoit plus de précipitations, ou est plus chaude qu'une autre https://www.forbes.com/sites/marshallshepherd/2018/05/18/it-was-weather-balloon-georgia-not-a-bomb-5-questions-answered-about-them/ https://www.forbes.com/sites/marshallshepherd/2018/05/18/it-was-weather-balloon-georgia-not-a-bomb-5-questions-answered-about-them/ https://scied.ucar.edu/learning-zone/atmosphere/dropsonde 41 41 partie. Il peut aussi être intéressant de savoir qu'une année a été plus fraîche ou plus chaude que la moyenne. Les anomalies sont calculées en soustrayant, à chaque valeur, la moyenne des données dans le domaine spatial ou dans la série chronologique. Les valeurs des anomalies peuvent être positives ou négatives. Alors que la variabilité s’observe à partir des valeurs brutes sur une carte ou une série temporelle, l'exprimer sous forme d'anomalies en termes de valeurs « inférieures à la moyenne » ou « supérieures à la moyenne » permet de repérer plus facilement où et quand un déficit de précipitations, ou une vague de chaleur ont été observées. Parfois, la variabilité totale possible autour d’une valeur moyenne est une information importante. Par exemple on peut estimer que le total des précipitations annuelles dans un endroit donné se situe entre 950 et 1250 mm/an, ou entre 1100 +/- 150 mm/an. Cette dernière exprime la quantité de précipitations moyenne en y ajoutant une plage de variabilité. Si ces valeurs représentent l’étendue entre le maximum et le minimum des valeurs observées, on parle d’amplitude des données. L’Écart-type L'écart-type est une autre mesure de la variabilité des valeurs autour de la moyenne. Au lieu de prendre les valeurs maximales et minimales des données, qui, la plupart du temps, ne se produisent qu'une seule fois dans l'enregistrement et sont donc exceptionnelles, il permet de déterminer quel est l’écart « moyen » par rapport à la moyenne. Pour ce faire, on calcule d'abord la somme des anomalies au carré pour prendre en compte les écarts à la moyenne sans leur signe (afin qu'ils ne s'annulent pas), puis la racine carrée de cette somme (pour revenir aux mêmes unités que la variable initiale), que l’on divise par le nombre d'observations, pour obtenir l'anomalie « moyenne ». La température ou la pluviométrie en un lieu sera alors présentée sous forme de moyenne +/- écart- type. Notez que l'écart-type sera plus petit que l'amplitude discutée précédemment. Fournir une mesure de la variabilité autour de la moyenne est important pour comprendre le climat et les risques locaux. 42 42 Le Coefficient de variation et les Anomalies normalisées Utiliser les mesures de moyenne et l'écart-type permettent de traduire simplement l’ensemble des caractéristiques du climat - ce qu'il est en moyenne et à quel point il peut varier. Si la comparaison des valeurs moyennes est simple, elle devient plus compliquée lorsque la variabilité est également incluse. Deux mesures supplémentaires facilitent les comparaisons et la compréhension du climat : le coefficient de variation et les anomalies normalisées. Le coefficient de variation correspond à l'écart type divisé par la moyenne. En exprimant l'anomalie « moyenne » comme une fraction de la moyenne de la variable, on obtient une idée de l'importance de la variabilité dans ses valeurs. Les anomalies normalisées sont les anomalies des valeurs de la variable divisées par l'écart type. Parfois, on se réfère à l'anomalie relative plutôt que sa valeur. C'est le cas lorsque nous voulons savoir si deux endroits co-varient (ont des anomalies de même signe au même moment et que leurs plus fortes et moins fortes anomalies coïncident). En effet, il est moins intéressant de savoir si les plus fortes anomalies sont de 100 ou 200 mm mais si elles sont fortes par rapport à la gamme entière des anomalies. La normalisation des anomalies peut également être utile pour comparer les anomalies entre différentes variables pour un même lieu ou pour différents lieux. Par exemple, pour estimer l'impact des températures de surface de l’Océan Atlantique sur les précipitations à Dakar, on peut examiner les séries chronologiques des anomalies normalisées des températures de surface de la mer dans une zone clé du Golfe de Guinée et les anomalies normalisées des précipitations à Dakar. L’analyse de corrélation est une procédure statistique qui utilise les anomalies normalisées pour estimer le degré de covariation des variables, mais elle dépasse le cadre de ce cours. Exercice • Comparez les informations relatives aux précipitations de deux sites A et B en termes de risques pour les cultures : w Le site A reçoit en moyenne 1250 mm/an avec un écart-type de 100 mm w Le site B reçoit en moyenne 1250 mm/an avec un écart-type 400 mm • Comparez les informations relatives aux précipitations de deux sites A et B en termes de risques pour les cultures : w Le site B reçoit en moyenne 1250 mm/an avec un écart-type 400 mm w Le site C reçoit en moyenne 600 mm/an avec un écart-type 400 mm 43 43 Les Fréquences et Probabilités, les Extrêmes Les mesures de variabilité ci-dessus, bien qu'utiles, ne sont pas toujours suffisantes pour décrire le climat en détails. D’autres informations peuvent être nécessaire pour certaines applications. Par exemple : quelle est la fréquence des valeurs proches du maximum ou du minimum ? Quelle est la fréquence des valeurs proches de la moyenne par rapport aux valeurs extrêmes ? Quelles valeurs se reproduisent avec une certaine périodicité, par exemple, une fois tous les 10 ans, une fois tous les 50 ans ? Combien de fois un certain seuil est-il franchi, par exemple, la quantité de pluie saisonnière nécessaire à la culture d'un certain produit, le seuil de température ou de pluie lié aux épidémies de paludisme ? L'analyse de fréquences et la construction de fonctions de densité de probabilité et de courbes de probabilité de dépassement permettent de répondre à ce genre de questions (Figure 1.3-8). Grâce à ce type d ’analyses, les changements à long terme des caractéristiques du climat, y compris de la variabilité climatique, peuvent être identifiés par des modifications dans la forme des distributions. Un exercice vous permettra de découvrir et de mettre en pratique la façon dont ces figures sont réalisées et comment les interpréter. Figure 1.3-8. Les exemples de fonction de densité de probabilité (à gauche) et de probabilité cumulative (à droite) pour des valeurs de précipitations annuelles et saisonnières. Exercice Calculez les coefficients de variation pour les sites A, B et C de l’encadré précédent. Dans quel endroit préféreriez-vous pratiquer l'agriculture ? Pourquoi ? 44 44 L’Indice de précipitations normalisé (SPI) Les déficits pluviométriques sont les anomalies climatiques ayant le plus d'impact sur la société au Mali. Ils provoquent des sécheresses, pouvant affecter la production agricole, la disponibilité et la qualité de l'eau, et donc la sécurité alimentaire et l'assainissement. Le phénomène de sécheresse peut être défini comme résultant de niveaux de précipitations inférieurs à ce qui est considéré comme normal, et est relatif aux conditions locales, dans l'espace et dans le temps. La même anomalie pluviométrique aura des impacts différents au Sahel et en Amazonie, durant ou en dehors de la saison des pluies. De même, une anomalie de précipitations sur un mois aura un impact différent si elle fait partie d’un déficit pluri-mensuel ou si elle est ponctuelle. En effet, la durée des déficits pluviométriques est importante pour comprendre les impacts potentiels de la sécheresse. Les déficits pluviométriques persistant sur 1 à 6 mois affectent l'humidité du sol et l'agriculture tandis que les déficits persistant sur 6 à 24 mois auront un impact sur le débit des cours d'eau, les réservoirs et les eaux souterraines. Ainsi, les définitions de ce qu’est une sécheresse varient selon les secteurs affectés, et les échelles de temps. L'indice de précipitations normalisé (SPI) a été conçu pour quantifier les déficits de précipitation à plusieurs échelles et les mettre en relation avec les conditions normales prévalant localement (Figure 1.3-9). La possibilité de calculer cet indice à plusieurs échelles permet de détecter différents types de sécheresses ayant des impacts différents selon les secteurs. La normalisation le rend aussi comparable entre régions. Exercice En travaillant individuellement, en binômes ou en petits groupes, a partir de données dans des endroits sélectionnés au Mali et en suivant les étapes décrites dans l’exercice (fichiers fournis séparément), vous acquerrez de l'expérience en analyse de données climatiques et en interprétation des régimes pluviométriques et de leurs implications. Les analyses comprennent : • Analyse préliminaire des données climatiques pour en extraire le cycle saisonnier moyen des précipitations, les séries chronologiques des précipitations totales annuelles et les anomalies. • Distribution annuelle de la fréquence des précipitations, conversion en probabilités, visualisation sous forme d'histogramme et interprétation des résultats. • Calcul et visualisation des probabilités cumulées. • Calcul, visualisation et interprétation des probabilités de dépassement. • Analyse des terciles. • w Graphique des probabilités alternatives de dépassement. 45 45 Figure 1.3-9. Un exemple de carte de SPI calculé pour la période juin-aout 2022 au Mali. Source: IRI and Mali-Météo Maproom/Climate Monitoring/ Seasonal SPI http://197.155.140.164/maproom/Climatology/Climate_Monitoring/seasonalspi.html?Set- Language=fr&T=Jun-Aug%202022 Le SPI peut estimer l'intensité de la sécheresse sur n'importe quel intervalle souhaité, par exemple un mois, cinq mois ou 200 jours. Techniquement, il correspond au nombre d'écarts-types par lequel la valeur observée s'écarterait de la moyenne sur le long terme, pour une variable aléatoire normalement distribuée. Comme les précipitations ne sont pas normalement distribuées, une transformation est d'abord appliquée pour que les valeurs de précipitations transformées suivent une distribution normale. Des valeurs de SPI positives indiquent des précipitations supérieures à la médiane et des valeurs négatives indiquent des précipitations inférieures à la médiane. Comme le SPI est normalisé, les climats plus humides et plus secs peuvent être représentés de la même manière ; ainsi, cet indice est applicable au suivi des périodes humides. Le SPI présente plusieurs atouts : il est conçu pour quantifier le déficit de précipitations à plusieurs échelles de temps correspondant à la disponibilité temporelle de différentes ressources en eau (par exemple, l'humidité du sol, le manteau neigeux, les eaux souterraines, le débit des rivières, et le stockage des réservoirs). Il utilise uniquement les données de précipitations. Les valeurs sont 46 46 comparables entre régions aux climats différents. Le SPI est relativement simple à calculer. Le SPI présente également d'importantes limites : en tant que mesure de l'approvisionnement en eau uniquement, le SPI ne tient pas compte de l'évapotranspiration, ce qui limite sa capacité à saisir l'effet de la hausse des températures (associée au changement climatique) sur la demande et la disponibilité en eau. Il est sensible à la quantité et à la fiabilité des données utilisées pour ajuster la distribution ; 30 à 50 ans recommandés. Il ne prend pas en compte l'intensité des précipitations et ses impacts potentiels sur le ruissellement, le débit des cours d'eau et la disponibilité en eau dans le système d'intérêt. Les Horizons temporels de l’information climatique De la même manière qu’il y a deux dimensions de l’information climatique et plusieurs échelles, on distingue trois horizons temporels : 1. L’information historique, basée sur l’analyse des données collectées dans l passé nous informe sur les aléas, leurs fréquences, et peut permettre de calculer les risques, identifier les zones risques, évaluer l’évolution des risques etc. En l’absence d’informations sur le futur, l’information historique est une bonne source d’information et peut être utilisée dans de nombreuses décisions et activités de planification. 2. Le suivi climatique nous informe sur les conditions ‘actuelles’ c’est-à-dire sur les niveaux de risque actuels en fonction des évènements récents et prévus dans les jours à venir. Il s’agit souvent d’actualisation sur les aléas et risques connus à partir des analyses historiques et des prévisions à court terme (météo) et en vue d’actions immédiates. 3. Les prévisions et les projections climatiques nous informent sur les risques dans le futur. Elles semblent les plus intéressantes pour les décisions et la planification mais elles sont souvent entachées d’incertitudes. Cela ne veut pas dire qu’elles ne sont pas utiles mais qu’il faut incorporer l’incertitude dans le processus de décisions et planification. Les modules 3 et 4 abordent ces questions. Comprendre et interpréter les cartes et graphiques climatiques les plus courants Comme vous avez pu le constater, l’information climatique est souvent présentée sous forme visuelle : cartes, graphes, courbes. La représentation graphique est une façon simple et concise de représenter l’information contenue dans les données après les avoir analysées. Les graphiques Exercice • Citez un exemple d’information historique, de suivi et de prévision. • Pour quelles décisions ou activités utilisez-vous ou pourriez-vous utiliser chacune de ces informations ? 47 47 permettent souvent une interprétation plus aisée et intuitive, des comparaisons, soulignent des changements etc. Il y a deux principaux types de graphiques en climat, correspondant aux deux dimensions du climat : • Les cartes, pour la dimension spatiale • Les courbes, les histogrammes, etc., le plus souvent utilisés pour la dimension temporelle. Les Cartes Dans la science du climat, beaucoup d'informations passent par des cartes qui représentent la valeur de différentes variables dans l'espace. Elles permettent de voir la dimension spatiale du climat. Les éléments clés d'une carte sont les suivants : L’orientation: La boussole ou la rose des vents indique généralement la direction du nord sur la carte. Les directions est, sud et ouest sont implicites par rapport à la direction du nord, car l'est est toujours à 90 degrés à droite du nord, le sud est toujours opposé au nord et l'ouest est toujours à 90 degrés à l'ouest du nord (ou opposé à l'est). La convention la plus courante pour les cartes est que le Nord soit directement en haut de la page, l'Est à droite, l'Ouest à gauche et le Sud en bas. S'il n'y a pas de boussole ou de flèche de direction, il faut partir de cette hypothèse. L’échelle : L'échelle d'une carte indique comment les distances sur la carte correspondent aux distances réelles. La plupart des cartes sont "linéaires", c'est-à-dire qu'une distance fixe sur la page correspond à une distance horizontale fixe dans la vie réelle. À titre de référence, près de l'équateur, un degré de latitude ou de longitude est approximativement égal à 110 km. Si une carte ne comporte pas d'échelle, mais que l'entité géographique représentée (hémisphère, continent, pays, état, ville, etc.) est connue, l'échelle de la carte peut être estimée en recherchant les dimensions en longueur ou en coordonnées de l'entité géographique et en mesurant la distance entre ces limites sur la carte. La légende : La légende est généralement présentée sous forme d'un encart dans un coin de la carte ou d'un élément situé en dessous ou au-dessus de la carte qui donne un aperçu de la signification des symboles de la carte. Les lignes côtières, les frontières nationales et parfois les frontières des États ou des régions sont souvent délimitées par des lignes (généralement des lignes noires pleines) et souvent, le nom de l'entité géographique est écrit sous forme de texte à l'intérieur de ces frontières. Les informations clés sont présentées soit par une échelle de couleurs, de courbes de niveau ou d'un motif d'ombrage ou de hachures. La légende indique la signification de l'échelle utilisée, ainsi que les unités de la variable représentée sur la carte (par exemple, mm/an ou mm/mois pour les précipitations annuelles ou mensuelles, degrés C pour la température, et mètres au-dessus du niveau de la mer pour l'altitude, etc.) 48 48 L’échelle de couleurs : En théorie, une échelle de couleurs peut être composée de n’importe quel arrangement de couleurs et peut être mise à l'échelle dans n'importe quel contexte mathématique. Cependant, il existe certaines conventions en cartographie géophysiques. Les zones océaniques sont souvent représentées en bleu. Les cartes d’élévation montrent souvent les régions de faible altitude en vert, les régions d'altitude moyenne en jaune, les régions d'altitude élevée en marron et les régions d'altitude très élevée en blanc. Les cartes de température montrent souvent les régions froides en couleurs froides (bleu, vert, violet) et les régions chaudes en couleurs chaudes (jaune, orange, rouge, rose ou brun). Les cartes concernant les précipitations peuvent être un peu plus variables. Certaines peuvent utiliser de