Changements projetés des précipitations extrêmes au Québec

Extreme precipitations events are expected to increase substantially in the province of Quebec if the global warming goes from 1.5°C to 2°C. Intense rainfall can have big consequences on the health and the economy of a population. Therefore, it is important to obtain accurate
estimates of the extreme precipitations to expect in the future. Intensity-Duration-Frequency (IDF) curves represent the main tool to analyse the risk associated to intense rainfall events. They are used for the design of infrastructures exposed to climate hazards and to define
flood plains. In Canada, the most used IDF curves are the one provided by Environment and Climate Change Canada (ECCC), which considers extreme precipitations events as stationary processes, meaning their behavior remains unchanged over the years. This project has the goal of introducing the effects of climate change into the estimation of IDF curves in Quebec by adding non-stationarity into extreme precipitations series. Numerical climate models will be very useful to model climate extremes by non-stationary processes. Climate models make
quantitative projections of the climate to come. More precisely, regional climate models are restricted to a region of the world and can therefore simulate the climate for a small domain. For this research, the set of simulations ClimEx was utilized. It uses the 5th version of
the Canadian Regional Climate Model and the scenario RCP8.5 for the greenhouse gases and aerosols emissions. A bayesian hierarchical model was developed to synthesize the nonstationarity contained in the ClimEx dataset. To incorporate the effects of climate change, the greenhouse gases concentration weighted by their global warming potential was used as a covariate in the model. A correction factor was calculated for a cell to update IDF curves
and it shows that the return levels are increasing over the period.

Résumé

Le Québec fait partie des régions dans le monde dont les événements de précipitations intenses sont susceptibles d'augmenter considérablement si le réchauffement climatique passe de 1.5°C à 2°C. Les impacts d'événements de pluies intenses sont nombreux et peuvent affecter gravement la santé et l'économie d'une population. Il est donc très important d'estimer adéquatement
les précipitations extrêmes dans le futur. Les courbes Intensité-Durée-Fréquence (IDF) permettent d'analyser le risque associé aux événements de pluies intenses. Elles servent notamment pour le dimensionnement des infrastructures exposées aux aléas du climat et à
la définition des zones inondables. Pour l'instant, Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) fourni les courbes IDF les plus utilisées au pays et suppose que les événements de pluies intenses sont stationnaires dans le temps. Cela signifie qu'ECCC considère que le comportement d'une série de précipitations extrêmes demeure inchangé à travers le temps. Par conséquent, l'objectif du projet est d'introduire les effets des changements climatiques
dans les courbes IDF au Québec en incorporant la non-stationnarité due au climat dans la modélisation des séries de précipitations extrêmes. Pour modéliser les extrêmes climatiques de manière non stationnaire, il faut se tourner vers les modèles numériques de climat afin d'estimer les effets des changements climatiques. Ces modèles permettent de faire des projections quantitatives du climat futur. En particulier, les modèles climatiques régionaux permettent de simuler le climat à petite résolution spatiale, puisqu'ils sont limités à un région du globe seulement. Pour ce mémoire, l'ensemble de simulations ClimEx a été utilisé.
Ce dernier exploite la cinquième version du Modèle Régional Canadien du Climat ainsi que le scénario RCP8.5 pour les émissions de gaz à effet de serre et d'aérosols. Pour atteindre notre objectif, un modèle hiérarchique bayésien a été développé afin de synthétiser la nonstationnarité
contenue dans les séries de précipitations extrêmes de ClimEx. La concentration annuelle des gaz à effet de serre pondérés selon leur pouvoir de réchauffement planétaire a
servi de variable explicative dans le modèle pour incorporer les effets des changements climatiques. Un facteur de correction, à appliquer ultérieurement sur les courbes IDF, a été calculé pour une cellule en particulier et permet de voir l'augmentation des niveaux de retour.