Ouvrir la voie à la projection de neige à l'échelle continentale
NEIGE ET PERGÉLISOL - Le projet Canada1Water utilise le Community Land Model version 5 (CLMv5) pour recalculer l'épaisseur de la neige et la distribution du pergélisol, calibrées séparément des modèles hydrologiques.
Les précipitations sont essentielles à tout modèle climatique et, au Canada, elles sont souvent synonymes de neige. Si la neige peut être modélisée avec précision à petite échelle grâce à de bonnes données météorologiques, la projection de ses effets à l'échelle du continent et à long terme est une toute autre histoire. Chercheur principal en climatologie Andre Erler et son équipe sont en train de résoudre ce casse-tête en associant une correction innovante des biais aux projections climatiques pour permettre à Canada1Water d'avoir une vision à long terme.
Les précipitations sont généralement délicates car les modèles climatiques reproduisent bien les schémas spatio-temporels, mais présentent des biais systématiques au niveau des températures et des précipitations qui faussent leurs résultats. Si les ajustements de température sont relativement simples à réaliser, les précipitations - et la neige en particulier - posent toutes sortes de problèmes.
"Un biais de température peut entraîner un biais de neige", explique Erler. "D'autres biais liés aux précipitations peuvent biaiser la neige. Il est facile de mesurer l'épaisseur de la neige, mais ce n'est pas très utile ; il est préférable de connaître la densité de la neige, mais elle est difficile à mesurer et très variable. Ce que nous voulons vraiment, vraiment savoir, c'est la fonte des neiges, c'est-à-dire la quantité d'eau qui sort de la neige, et il est impossible de la mesurer directement.
Erler et ses collègues savaient qu'ils voulaient utiliser la fonte des neiges modélisée pour Canada1Water, étant donné l'objectif de projection dans l'avenir. Mais ils avaient également besoin d'estimations d'observation pour l'étalonnage et la validation. Celles-ci sont difficiles à obtenir au Canada, qui compte relativement peu de stations météorologiques, en particulier dans le Nord. Les satellites peuvent fournir des observations de la couverture neigeuse, mais l'estimation de la masse d'eau de la neige est difficile, car la densité de la neige peut varier d'un site à l'autre par un facteur de cinq.
Forcer le trait avec la modélisation de la surface du sol
Compte tenu de ces difficultés, l'équipe a décidé d'adopter une double approche : un groupe s'est concentré sur l'amélioration de l'interpolation et de la correction des données d'observation disponibles, et un autre a développé une technique d'apprentissage automatique pour corriger les modèles sans nécessiter d'observations en tout point.
Selon Erler, la véritable nouveauté de l'approche de Canada1Water réside dans la modélisation de la surface terrestre. Une fois que les projections de climat et de précipitations ont été soumises à la double correction de biais, la plateforme force un modèle de surface terrestre à recalculer la neige et le pergélisol, calibrés séparément des modèles hydrologiques.
Andre Erler est chercheur principal en climatologie à Aquanty et responsable du climat dans le cadre du projet Canada1Water, où il coordonne toutes les activités liées au climat, à la neige et au pergélisol.
Avec le modèle de la surface terrestre comme "post-processeur", nous aurons probablement les meilleures projections possibles pour la neige et le pergélisol dans tout le Canada, ce qui devrait être très utile pour tout type de développement nordique", déclare Erler.
Innover en regardant en arrière
Les lacs ont également un impact significatif sur les précipitations et les chutes de neige, mais la modélisation des lacs en 3D est complexe et coûteuse, et de nombreux lacs du nord du Canada ne sont pas suffisamment bien caractérisés pour être traités en 3D. C'est pourquoi l'équipe de Canada1Water a ressuscité une approche plus ancienne, connue sous le nom de modélisation en colonnes, qui est légère, rapide et abordable.
"Une partie de la communauté scientifique pense que l'approche par colonne a fait son temps, mais si l'on ajoute des ajustements pour la couverture de glace et le vent, nous avons déterminé qu'il est possible de l'utiliser avec une précision suffisante", explique M. Erler.
Maintenant que le modèle climatique régional de Canada1Water est établi, l'équipe se consacre à la production de projections et à la mise en œuvre de la modélisation de la surface terrestre.
"Notre objectif est de produire des résultats à différents niveaux d'intérêt pour le public", explique M. Erler. "Nous contribuons à des projets à source ouverte tels que CORDEX, et nos projections climatiques seront utilisables pour tout type d'étude d'impact du changement climatique en Amérique du Nord.
"Avec le modèle de la surface terrestre comme 'post-processeur', nous aurons probablement les meilleures projections possibles pour la neige et le pergélisol à travers le Canada".