L'homogénéisation des séries de mesures - une condition préalable à l'observation du climat

10 juillet 2019, 3 Commentaire(s)
Thèmes: Climat

Les séries de mesures instrumentales enregistrées par MétéoSuisse pendant plus de 150 ans forment la base des observations du climat en Suisse. Au cours des années, des stations de mesure ont dû être déplacées, et les technologies de mesure ont évolué. Ces deux aspects peuvent perturber la comparaison entre d’anciennes et de nouvelles mesures, qui doivent être corrigées. C’est le seul moyen de donner des informations fondées sur les changements climatiques. Certaines personnes soupçonnent MétéoSuisse de manipuler les données des séries de mesure à long terme. Cette critique est totalement infondée.

En 1857, à l’époque où Heinrich Wild, physicien et météorologue suisse qui devait acquérir par la suite une renommée mondiale, a pris la direction de l’observatoire de Berne, le thermomètre au mercure utilisé pour mesurer la température de l’air existait déjà depuis plus de 100 ans. Mais il n’y avait pas encore de normes unifiées pour installer cet instrument de mesure, et Heinrich Wild a disposé son thermomètre dans un abri météorologique en bois, devant une fenêtre orientée au nord. Ainsi, l’abri était protégé du rayonnement solaire direct, et pouvait être atteint facilement depuis la fenêtre. Après la démolition de l’ancien observatoire en 1876, ce site est resté en fonctionnement dans une position similaire près du nouveau bâtiment. Heinrich Wild, entre-temps nommé Directeur de l’observatoire physique central de Saint-Pétersbourg, a continué de se pencher sur l’installation adéquate des appareils météorologiques, et en 1898, un nouvel abri météorologique indépendant en métal a été installé à Berne suivant ses plans dans le jardin de l’Observatoire, où il est resté pratiquement 60 ans en service. En 1957, il est devenu évident qu’il fallait passer à l’abri anglais en bois largement répandu dans le réseau de mesure de l’Institut de météorologie, abri dans lequel les mesures ont été effectuées jusqu’à fin 1977 à des emplacements pouvant parfois légèrement varier.

En 1978, MétéoSuisse a commencé à automatiser certaines de ses stations de mesure. La technique était désormais assez avancée pour pouvoir enregistrer les valeurs mesurées par les appareils automatiques toutes les 10 minutes au lieu de 3 fois par jour, ce qui a ouvert de toutes nouvelles possibilités pour l’analyse des données. Sur l’ancien site de la Grosse Schanze, la place manquait cependant pour l’installation d’une station automatique, et les mesures météorologiques ont dû être déplacées après plus de 100 ans vers l’Institut de recherches agronomiques situé à environ 3 km au nord-ouest, à Berne-Liebefeld. Pendant presque 30 ans, la surface dégagée utilisée pour des essais de terrain y a offert de bonnes conditions pour des mesures météorologiques à proximité de la ville. Avec l’abandon des essais de terrain, la construction a été autorisée dans la zone à partir des années 2000, et MétéoSuisse n’a pas réussi, malgré de longues recherches, à trouver un nouveau site avec une garantie de pérennité sur le domaine urbain. En 2006, une station de remplacement a été mise en service sur le domaine de l’école agricole de Rütti à Zollikofen.

Un historique mouvementé avec des conséquences

L’histoire littéralement « mouvementée » de la station de mesure Berne/Zollikofen est un bon exemple de ce qui a pu se passer pour de nombreuses stations du réseau de MétéoSuisse, même si des déplacements importants comme celui de Berne-Liebefeld vers Zollikofen, sont plutôt l’exception. Aucun site de mesure n’a été exempt de modifications de quelque type que ce soit, et il est clair que celles-ci peuvent avoir un impact sur la comparabilité des mesures. Ces influences peuvent dans certaines conditions entacher la pertinence d’une longue série de mesures pour évaluer les évolutions climatiques. On peut entre autres imaginer une modification d’altitude d’une station, qui aura bien entendu une influence sur la pression atmosphérique ou la température, sans que le climat n’ait changé. On peut également penser aux évolutions techniques qui sont survenues sur la station de Berne, qui ne peuvent pas être sans effet sur la comparabilité de ses mesures. Pour pouvoir tirer des informations de l’évolution d’une mesure sur toute la période, il est donc absolument nécessaire d’étudier précisément l’effet des modifications historiques de la station, et de corriger le cas échéant les mesures. Ce travail est qualifié en climatologie d’homogénéisation d’une série de mesures, et il est effectué systématiquement depuis 20 ans par MétéoSuisse (p. ex.  Begert et al, 2003). Sans homogénéisation, il n’est pas possible de déduire des informations précises sur l’évolution du climat à partir de séries à long terme.

Méthodes d’homogénéisation des séries de mesures

Il existe différentes méthodes d’homogénéisation des séries de mesures. D’une part, le problème des modifications des conditions de mesure est connu depuis longtemps, et on s’est efforcé lorsque c’était possible d’effectuer simultanément des mesures dans les anciennes et les nouvelles conditions (mesures parallèles). Cette méthode a permis par exemple d’étudier minutieusement les différences entre l’abri métallique de Wild, l’abri anglais en bois et les mesures automatiques actuelles (p. ex. Müller, 1984). Les différences entre les emplacements peuvent être également quantifiées, comme celles existant à Berne entre la Grosse Schanze et le Liebefeld.

Les séries de mesures peuvent être également considérées en comparaison avec celles des stations voisines. Le réseau de mesures en Suisse est si dense que des conditions souvent très similaires en termes de moyenne mensuelle ou annuelle règnent sur des emplacements voisins. Un mois chaud à Berne l’a également été à Neuchâtel, et pendant l’hiver 1962/1963, le lac de Zurich n’était pas le seul à être gelé. Des méthodes statistiques sont disponibles pour comparer des stations voisines, et pour décider le cas échéant si une évolution n’est pas d’origine naturelle dans une série de données. Ces méthodes permettent également de déterminer les corrections à appliquer pour ces modifications. Ces corrections sont importantes pour ne pas interpréter comme changement climatique les conséquences de conditions de mesure différentes. Dans le rapport technique n° 67 de MétéoSuisse (Begert et al., 2003), les méthodes utilisées sont décrites en détail.

Pas de manipulation des données, mais une nécessité

Dans le cas de la température, l’homogénéisation de nombreuses séries de mesures de MétéoSuisse entraîne une accentuation de l’augmentation de la température au cours des décennies, par rapport aux séries de mesures originales. En outre l’automatisation, inhomogénéité courante, est proche temporellement d’une hausse brutale de température en Suisse à la fin des années 1980. La question se pose alors de savoir si le réchauffement mesuré a été renforcé par des corrections, et si cette hausse spectaculaire n’est pas une conséquence de l’homogénéisation. Ces craintes sont infondées.

Affichage aggrandi: Températures moyennes annuelles d’origine (en haut) et homogénéisées (en bas) pour la station de mesure de Berne/Zollikofen dans la période 1864-2018, et tendance linéaire (en rouge). Les dates des modifications de conditions de mesure les plus importantes sont indiquées en outre pour les données d’origine.
Températures moyennes annuelles d’origine (en haut) et homogénéisées (en bas) pour la station de mesure de Berne/Zollikofen dans la période 1864-2018, et tendance linéaire (en rouge). Les dates des modifications de conditions de mesure les plus importantes sont indiquées en outre pour les données d’origine.

Les raisons principales pour les corrections généralement négatives sur les mesures historiques de température sont les connaissances des bonnes conditions de mesure acquises au cours de l’histoire, sur lesquelles s’est penché Heinrich Wild tout au long de sa vie, ainsi que les progrès techniques entre l’abri météorologique et les thermomètres ventilés. Ceci a permis progressivement de protéger, ou « libérer » les mesures de l’influence du rayonnement solaire. L’automatisation y a également contribué dans ce contexte en rendant possible l’installation des instruments plus loin des infrastructures perturbantes, notamment des bâtiments. Dans le réseau de MétéoSuisse, les stations urbaines ont par ailleurs souvent été déplacées des centres vers la périphérie au cours du temps pour minimiser l’influence de l’urbanisation. Les mesures actuelles sont donc souvent en moyenne légèrement plus fraîches que les mesures historiques pour la même station, car les conditions de mesure ont changé entre-temps. En conséquence, pour que les mesures d’autrefois soient comparables à celles d’aujourd’hui, et afin de pouvoir évaluer l’évolution des températures au cours de ces nombreuses décennies en faisant abstraction de l’historique des mesures, elles sont souvent corrigées négativement.

Ces corrections liées à l’automatisation ne sont pas la cause de l’augmentation soudaine des températures à la fin des années 1980 : on peut parfaitement le constater en observant les séries de mesures des stations qui n’ont pas été automatisées à la fin des années 1970. Ces séries de mesure montrent, sans corrections, la même évolution de température en Suisse que les séries homogénéisées, par exemple Koppingen (sans) et Berne (avec).

Conclusion

 

MétéoSuisse homogénéise ses séries de mesures sur la base de méthodes objectives, contrôle ses résultats avec des sources indépendantes et s’interroge en permanence sur les conclusions, par une confrontation scientifique sur ce sujet depuis de nombreuses années. Les études anciennes et récentes arrivent toutes à la même conclusion concernant l’ordre de grandeur des inhomogénéités, et la nécessité de les corriger. En comparant les séries de mesure homogènes suisses avec celles des pays voisins, nous pouvons d’ailleurs constater que les données des régions adjacentes présentent la même évolution que celles de la Suisse.

 

Links

Begert et al. 2003: Publication de MétéoSuisse sur l’homogénéisation (en allemand)

Müller, 1984 : Rapport technique sur la comparaison de différentes mesures de température dans l’histoire de MétéoSuisse (en allemand)

Séries de mesures homogènes des stations de MétéoSuisse à partir de 1864

 

Commentaires (3)

  1. Lang Claude, 15.07.2019, 16:54

    Dans le cahier spécial de la Weltwoche du 11 juillet 2019, j'ai remarqué à la page 15 deux graphiques décrivant les variations de la température à Sion entre 1864 et 2009. Le premier décrivait l'évolution des données brutes, le second les données après homogénéisation. Dans le premier cas, la tendance à l'augmentation des températures était peu visible, dans le deuxième cas elle était spectaculaire. L'auteur de l'article suggérait que les données pouvaient avoir été manipulées par météo suisse de manière à mettre en évidence le réchauffement du climat. Ne faudrait-il pas que météo suisse réfute ce genre d'accusation dans le courrier des lecteurs de la Weltwoche?

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    1. MétéoSuisse, 16.07.2019, 17:14

      Merci pour votre commentaire. Ce blog sur l’homogénéisation des séries de mesures a justement été écrit en réponse à l’article qui est paru dans la Weltwoche. Chez MétéoSuisse, nous nous efforçons toujours de fournir aux journalistes et au grand public des informations correctes et scientifiques. Celles-ci sont parfois sorties de leur contexte et utilisées à d’autres fins, ce que nous ne pouvons pas toujours empêcher.

  2. Claude Guignard, 11.07.2019, 08:49

    Merci de vos explications claires et complètes de l'homogénéisation.
    Je me suis souvent demandé ce que ce terme pouvait bien recouvrir.
    Il est facile de comprendre que depuis le début des mesures les emplacements et les instruments ont varié. D'ailleurs vos exemples le démontrent aisément. Pour pouvoir comparer les données mesurées
    autrefois avec les données actuelles une telle opération était indispensable. Certes il reste une toute petite part d'arbitraire dans les corrections apportées mais je crois que, globalement, et comme vous le relevez, on a fait tout ce qui scientifiquement était possible pour obtenir des données comparables. Il reste le cas de stations qui ne sont pas situées de manière optimale, telles par exemple Pully (abritée par des constructions) ou le Säntis (mesure des précipitations neigeuses).

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