Modèle SWIM
Un modèle distinct a été utilisé pour générer les données relatives aux variables du secteur de l'eau dans cette région : le modèle intégré « Soil and Water » (SWIM).
À quoi sert ce modèle ?
SWIM a été spécialement développé pour étudier les impacts du changement climatique et de l’évolution de l’occupation des sols à l’échelle régionale, là où ces impacts se manifestent et où les mesures d’adaptation sont mises en œuvre. Le modèle simule des processus interdépendants à la méso-échelle, tels que la formation du ruissellement, la croissance des plantes et des cultures, les cycles des nutriments et du carbone, ainsi que l’érosion. Il fournit de nombreux résultats, tels que le débit des cours d’eau, le rendement des cultures, ainsi que les concentrations et les charges en nutriments. Cette approche permet de simuler l’ensemble des processus interdépendants au sein d’un cadre modélisé unique, avec un pas de temps quotidien, en utilisant les données disponibles au niveau régional (climat, occupation des sols et sol) et en tenant compte des rétroactions. La configuration du modèle et le post-traitement sont pris en charge par une interface SIG (basée sur GRASS). Le modèle utilise un schéma de désagrégation à trois niveaux : bassin – sous-bassins – hydrotopes. Les résultats sont présentés sous forme de séries chronologiques et de cartes pour un certain nombre de variables. SWIM est un modèle de complexité intermédiaire à l’échelle du bassin versant et à l’échelle régionale, car il est a) plus complet que les modèles purement hydrologiques et les modèles précipitations-ruissellement grâce à une représentation plus fiable des processus interdépendants liés à l’hydrologie, à la végétation et aux nutriments ; b) il s'appuie sur des données régionales couramment disponibles et peut être paramétré plus facilement que des modèles hydrologiques plus complexes.
Qui s'en occupe ?
SWIM est géré et développé par le groupe régional de modélisation hydrologique du département de recherche n° 2, sur le dépôt de code source GitLab propre au PIK. Le développement est coordonné par Michel Wortmann, Stefan Liersch et Fred Hattermann.
En quoi ce modèle se distingue-t-il des autres modèles de la communauté ?
Simulation du cycle hydrologique (débit d'eau, niveau des eaux souterraines) : équivalente ou supérieure à celle d'autres modèles écohydrologiques et hydrologiques comparables ;Simulation du cycle hydrologique à l'échelle d'un bassin versant : description des processus plus précise et plus détaillée que dans les modèles terrestres à l'échelle continentale et dans les modèles de gestion des ressources en eau à grande échelle ;
Simulation des processus végétaux : plus précise que dans de nombreux modèles hydrologiques, qui ne prennent généralement pas en compte les processus végétaux dynamiques ;
Simulation de la qualité de l'eau : plus précise que dans les modèles hydrologiques conceptuels qui ne prennent pas en compte (ou très peu) les processus pédologiques ;
Simulation de la pollution diffuse : plus performante que celle proposée par d'autres modèles couramment utilisés grâce à une meilleure résolution temporelle et spatiale et à la prise en compte des processus dynamiques du paysage ;
Simulation de l'occupation des sols, de la gestion agricole, des rendements agricoles et des rétroactions liées aux changements climatiques et à l'évolution de l'occupation des sols : plus précise que dans d'autres modèles où les processus de croissance de la végétation sont moins bien pris en compte.
Sources :
Krysanova, V., F. Hattermann, Sh. Huang, C. Hesse, T. Vetter, S. Liersch, H. Koch et Z. W. Kundzewicz, 2014. Modélisation des impacts du changement climatique et de l'évolution de l'occupation des sols à l'aide de SWIM : enseignements tirés de multiples applications. Hydrological Sciences Journal, accepté.Krysanova, F., Wechsung, J., Arnold, R., Srinivasan, J., Williams, 2000. Rapport PIK n° 69 « SWIM (Soil and Water Integrated Model), Manuel d'utilisation », 239 p. SWIM_Manual
Krysanova, V., Mueller-Wohlfeil, D.I., Becker, A., 1998. Développement et validation d'un modèle hydrologique et de qualité de l'eau à répartition spatiale pour les bassins versants à méso-échelle. Ecological Modelling, 106, 261-289.
Scénarios climatiques
Les scénarios dits de concentration représentative (RCP) ont été élaborés pour le cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Ils décrivent différents niveaux d'augmentation du rayonnement induite par les gaz à effet de serre qui pourraient se produire entre 2011 et 2100. Cependant, ils ne comportaient aucun contexte socio-économique. Ces dernières années, une équipe internationale de climatologues, d'économistes et de modélisateurs des systèmes énergétiques a élaboré de nouveaux scénarios qui examinent comment la société, la démographie et l'économie mondiales pourraient évoluer au cours du siècle prochain. Ces scénarios sont connus sous le nom de « scénarios socio-économiques partagés » (SSP). Publiés en 2017 (Riahi et al., 2017), les SSP joueront un rôle majeur dans le sixième rapport d'évaluation du GIEC, prévu pour 2021-2022.
Les scénarios de stabilité du climat (SSP) sont des scénarios de référence qui décrivent l'évolution future en l'absence de nouvelles politiques climatiques, au-delà de celles déjà en vigueur. Ils proposent cinq trajectoires possibles pour le monde. Ces cinq SSP diffèrent principalement par la croissance démographique, l'urbanisation, la croissance économique, les investissements dans l'éducation et la santé, le système énergétique et l'utilisation des sols, le rythme du développement technologique ainsi que par les facteurs de la demande, tels que les changements de mode de vie (Riahi et al., 2017).
Tout comme les RCP, les SSP sont incomplets, car ils ne représentent que des futurs sociaux et n'intègrent pas les impacts du changement climatique. De plus, aucune mesure d'atténuation ou d'adaptation n'y est mise en œuvre (O'Neill et al., 2020). C'est pourquoi ClimateImpactsOnline utilise trois combinaisons SSP-RCP pour visualiser les données climatiques correspondant à différents scénarios socio-économiques et radiatifs.
« Durabilité » SSP1 - 2.6
Le scénario de faible évolution climatique (SSP1) présente une voie relativement durable, souvent qualifiée de « voie verte ». Ce scénario repose sur des investissements importants dans l'éducation et la santé, ce qui accélère la transition démographique et ralentit la croissance de la population, notamment dans les pays en développement. De manière générale, l'accent est mis sur le bien-être humain. Portée par un engagement accru en faveur des objectifs de développement, la réduction des inégalités se poursuit tant entre les pays qu'au sein même de ceux-ci. La consommation est orientée vers une faible croissance matérielle et une moindre intensité énergétique et en ressources. Le scénario de référence SSP1 présente peu de défis en matière d'atténuation et d'adaptation au changement climatique, car les objectifs climatiques peuvent être atteints à l'échelle mondiale (O'Neill et al., 2017). Le SSP1 est associé à un forçage radiatif de 2,6 watts par mètre carré en 2100.« Rivalité régionale » SSP3 - 7.0
Le scénario de changement climatique modéré (SSP3), également appelé « rivalités régionales », est caractérisé par une résurgence du nationalisme et des conflits régionaux. Ceci incite les pays à se concentrer de plus en plus sur leurs enjeux nationaux, voire régionaux. Par exemple, les objectifs de sécurité énergétique et alimentaire ne sont atteints que dans leur propre région. Les investissements dans l'éducation et le développement technologique diminuent. Le développement économique est lent, la consommation est gourmande en ressources matérielles et les inégalités s'aggravent. De plus, la croissance démographique est faible dans les pays industrialisés et élevée dans les pays en développement. Globalement, le scénario SSP3 se caractérise par une faible priorité internationale accordée aux préoccupations environnementales (Fujimori et al., 2017). Ce scénario est associé à un niveau de forçage de 7 watts par mètre carré.« Développement fondé sur les énergies fossiles » SSP5 - 8.5
Le scénario extrême (SSP5) se caractérise par un progrès technologique rapide et un développement important du capital humain. Les marchés mondiaux sont de plus en plus intégrés. Des investissements massifs sont également réalisés dans la santé, l'éducation et les institutions afin de renforcer le capital humain et social. Parallèlement, on observe l'exploitation de ressources abondantes en combustibles fossiles et l'adoption, partout dans le monde, de modes de vie énergivores et consommateurs de ressources. On mise sur la capacité à gérer les systèmes sociaux et écologiques, y compris par la géo-ingénierie si nécessaire (Kriegler et al., 2017). ClimateImpactsOnline utilise la combinaison du scénario SSP5 avec un niveau de rayonnement induit par les gaz à effet de serre de 8,5 watts par mètre carré.Voir aussi :
Les trajectoires socio-économiques partagées (TSP) : un aperçu (affiche)
Sources :
O'Neill, BC, Carter, TR, Ebi, K. et al. Réalisations et besoins du cadre de scénarios de changement climatique. Nat. Clim. Chang. 10, 1074–1084 (2020). https://doi.org/10.1038/s41558-020-00952-0
Riahi, K. et al., Les trajectoires socio-économiques partagées et leurs implications en matière d'énergie, d'utilisation des terres et d'émissions de gaz à effet de serre : un aperçu, Global Environmental Change, Volume 42, 153-168 (2017). https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2016.05.009.
