Le Role De La Couverture De Neige De L Arctique Dans Le Cycle Hydrologique De Hautes Latitudes Revele Par Les Simulations Des Modeles Climatiques
Download Le Role De La Couverture De Neige De L Arctique Dans Le Cycle Hydrologique De Hautes Latitudes Revele Par Les Simulations Des Modeles Climatiques PDF/ePub or read online books in Mobi eBooks. Click Download or Read Online button to get Le Role De La Couverture De Neige De L Arctique Dans Le Cycle Hydrologique De Hautes Latitudes Revele Par Les Simulations Des Modeles Climatiques book now. This website allows unlimited access to, at the time of writing, more than 1.5 million titles, including hundreds of thousands of titles in various foreign languages.
Le Rôle de la Couverture de Neige de L'Arctique Dans Le Cycle Hydrologique de Hautes Latitudes Révélé Par Les Simulations Des Modèles Climatiques
Snow is a critical component of the Arctic climate system. Over Northern Eurasia and North America the duration of snow cover is 7 to 10 months per year and a maximum snow extension is over 40% of the Northern Hemisphere land each year. Snow affects a variety of high latitude climate processes and feedbacks. High reflectivity of snow and low thermal conductivity have a cooling effect and modulates the snow-albedo feedback. A contribution from terrestrial snow to the Earth's radiation budget at the top of the atmosphere is close to that from the sea ice. Snow also prevents large energy losses from the underlying soil and notably the ice growth and the development of seasonal permafrost. Being a natural water storage, snow plays a critical role in high latitude hydrological cycle, including evaporation and run-off. Snow is also one of the most variable components of climate system. With the Arctic warming twice as fast as the globe, the present and future variability of snow characteristics are crucially important for better understanding of the processes and changes undergoing with climate. However, our capacity to observe the terrestrial Arctic is limited compared to the mid-latitudes and climate models play very important role in our ability to understand the snow-related processes especially in the context of a warming cryosphere. In this respect representation of snow-associated feedbacks in climate models, especially during the shoulder seasons (when Arctic snow cover exhibits the strongest variability) is of a special interest.The focus of this study is on the representation of the Arctic terrestrial snow in global circulation models from Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5) ensemble during the melting (March-April) and the onset (October-November) season for the period from 1979 to 2005. Snow characteristics from the general circulation models have been validated against in situ snow measurements, different satellite-based products and reanalyses.We found that snow characteristics in models have stronger bias in spring than in autumn. The annual cycle of snow cover is well captured by models in comparison with observations, however, the annual cycles of snow water equivalent and snow depth are largely overestimated by models, especially in North America. There is better agreement between models and observations in the snow margin position in spring rather than in autumn. Magnitudes of interannual variability for all snow characteristics are significantly underestimated in most CMIP5 models compared to observations. For both seasons, trends of snow characteristics in models are primarily negative but weaker and less significant than those from observations. The patterns of snow cover trends are relatively well reproduced in models, however, the spatial distribution of trends for snow water equivalent and snow depth display strong regional heterogeneities.Finally, we have concluded CMIP5 general circulation models provides valuable information about the snow characteristics in the terrestrial Arctic, however, they have still limitations. There is a lack of agreement among the ensemble of models in the spatial distribution of snow compared to the observations and reanalysis. And these discrepancies are accentuated in regions where variability of snow is higher in areas with complex terrain such as Canada and Alaska and during the melting and the onset season. Our goal in this study was to identify where and when these models are or are not reproducing the real snow characteristics in the Arctic, thus we hope that our results should be considered when using these snow-related variables from CMIP5 historical output in future climate studies.
La neige et sa paramétrisation dans les simulations climatiques
LA NEIGE EST UNE COMPOSANTE ESSENTIELLE DU SYSTEME CLIMATIQUE, IMPLIQUEE DANS LE CYCLE SAISONNIER, LA VARIABILITE INTERANNUELLE ET LES FLUCTUATIONS CLIMATIQUES A LONG-TERME. C'EST POURQUOI IL EST IMPORTANT DE REPRESENTER CORRECTEMENT LA REPARTITION SPATIO-TEMPORELLE DE LA COUVERTURE NEIGEUSE DANS LES MODELES CLIMATIQUES, AINSI QUE LES PROCESSUS MIS EN JEU A L'INTERFACE NEIGE-ATMOSPHERE. UNE NOUVELLE PARAMETRISATION DU MANTEAU NEIGEUX A ETE DEVELOPPEE POUR LE MODELE ARPEGE/CLIMAT, DECRIVANT L'EVOLUTION DES PROPRIETES THERMIQUES ET RADIATIVES DE LA NEIGE ET TENANT COMPTE DE L'EFFET MASQUE DE LA VEGETATION. CETTE PARAMETRISATION A D'ABORD ETE TESTEE LOCALEMENT, DANS UNE VERSION OFF-LINE DU SCHEMA DE SURFACE FORCEE PAR DES OBSERVATIONS METEOROLOGIQUES. LES RESULTATS INDIQUENT UNE MEILLEURE ESTIMATION DE L'ALBEDO, DE LA TEMPERATURE DE SURFACE ET DU TAUX DE FONTE. LA PARAMETRISATION A ENSUITE ETE INTRODUITE DANS LE MODELE ARPEGE ET VALIDEE GLOBALEMENT DANS UNE SIMULATION PLURIANNUELLE DU CLIMAT PRESENT FORCEE PAR DES SST CLIMATOLOGIQUES. ON OBTIENT UNE AMELIORATION DE LA REPARTITION SPATIALE ET DU CYCLE SAISONNIER DE LA NEIGE DANS L'HEMISPHERE NORD, AINSI QUE DES REPERCUSSIONS FAVORABLES SUR LE CYCLE HYDROLOGIQUE ET LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE. ON CONSTATE EN PARTICULIER UNE INTENSIFICATION DE LA MOUSSON INDIENNE, LIEE AU RETRAIT PLUS PRECOCE DE LA COUVERTURE NEIGEUSE SUR L'ASIE. L'ETUDE DE CETTE RELATION A ETE APPROFONDIE GRACE A DES INTEGRATIONS DE SIX MOIS, DANS LESQUELLES UNE ANOMALIE INITIALE DE HAUTEUR DE NEIGE EST PRESCRITE SUR LES SURFACES ENNEIGEES DU CONTINENT EURASIATIQUE. LA NOUVELLE VERSION DU SCHEMA DE SURFACE A EGALEMENT ETE UTILISEE DANS UNE EXPERIENCE DE DEFORESTATION BOREALE, MONTRANT LE ROLE CLIMATIQUE MAJEUR DE LA NEIGE ET DE LA VEGETATION ET CONFIRMANT L'INFLUENCE DES HAUTES LATITUDES SUR LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE TROPICALE
Contribution à la représentation des hautes latitudes dans un modèle de surface
L'importance climatique des hautes latitudes est exacerbée par le contexte actuel du réchauffement climatique, de part de leur forte sensibilité à ces changements et en raison des rétroactions globales majeures qu'elles sont susceptibles d'engendrer. La modélisation offre un moyen d'estimer ces impacts dans les temps passés, présents et futurs, tout en quantifiant les incertitudes procédant des imperfections de notre connaissance de ces environnements et de leur représentation. L'amélioration et l'évaluation de la représentation des hautes latitudes dans les modèles de climat globaux répondent donc à de forts enjeux scientifiques et sociétaux : c'est dans ce cadre précis que s'inscrit mon travail de thèse. Le gel des sols est une spécificité majeure des régions circum-arctiques, porteuse d'implications climatiques aux plans thermiques, hydrologiques et biogéochimiques. Une paramétrisation des impacts hydrologiques du gel des sols a été introduite dans le schéma hydrologique multi-couches du modèle de surfaces continentales ORCHIDEE : ses effets sur le contenu en eau des sols et le régime hydrologique des principaux bassins de l'Arctique ont été évalués par comparaison à des données de terrain, révélant la plus-value d'une telle représentation mais aussi les lacunes résiduelles de la modélisation, qui touchent à l'absence de représentation des réservoirs temporaires d'eau de surface et, sans doute, d'une paramétrisation sous-maille du gel des sols. Parallèlement, une représentation des effets thermiques du gel des sols développée pour un modèle antérieur à ORCHIDEE a été révisée et évaluée à différentes échelles spatiales par comparaison à des données observationnelles : si la représentation de l'énergie de chaleur latente augmente la température des sols soumis au gel saisonnier, un biais froid subsiste dans la modélisation, imputable à une représentation imparfaite de la neige. Une étude de sensibilité conduite sur cette variable en confirme les implications thermiques mais aussi biogéochimiques à l'échelle des régions circum-arctiques, sous-tendues par les importantes quantités de matière organique que ces régions renferment. Alors que les caractéristiques de la neige sont souvent représentées comme spatialement uniformes dans les modèles de climat globaux, la simple prise en compte du caractère particulièrement isolant de la neige de taïga engendre des changements importants dans le cycle du carbone aux hautes latitudes, et souligne les incertitudes entachant notre représentation actuelle de ces écosystèmes. Les propriétés thermiques de la neige n'en sont pas l'unique vecteur, mais une évaluation détaillée de notre modélisation sur un site de permafrost arctique (station de Bayelva, Svalbard) désigne la neige comme une source majeure des incertitudes associées à notre modélisation des hautes latitudes, au travers de représentations inadaptées de son albédo, sa rugosité de surface, son contenu variable en eau liquide pouvant accommoder de l'eau de pluie. En termes hydrologiques, l'absence de représentation spécifique des zones de montagne, des caractéristiques hydrauliques des sols à granulométrie grossière du Haut-Arctique, et des nombreuses étendues d'eau libre des régions circum-arctiques, limite notre capacité à représenter raisonnablement des principales caractéristiques de l'hydrologie de surface de ces régions. Le diagnostique de ces limites définit autant de potentiels d'amélioration de la modélisation des hautes latitudes, sources possibles de développements futurs.