Une machine à remonter le temps hydrologique
CADRE DE MODÉLISATION - Le projet Canada1Water utilise trois plateformes de modélisation de classe mondiale (HGS, WRF et CLMv5) pour produire des prévisions hydrologiques à long terme à l'échelle continentale.
Une fois opérationnel, Canada1Water permettra aux utilisateurs de suivre l'évolution des flux d'eau souterraine et d'eau de surface dans le temps, de 1979 à 2100. Steve Frey donne un aperçu du cadre de modélisation qui sous-tend le projet Canada1Water.
La plateforme comportera finalement trois périodes distinctes : historique (1979 à 2020), milieu du siècle (2045 à 2060) et fin du siècle (2085 à 2100). Le passé sera simulé avec une fréquence temporelle normale à la fois quotidienne et mensuelle ; les intervalles de temps futurs seront uniquement mensuels.
"L'avantage d'une vision mensuelle pour les simulations du milieu et de la fin du siècle est que l'on peut projeter des changements dans les cycles hydrologiques par rapport aux conditions historiques sans avoir besoin d'incorporer des conditions météorologiques quotidiennes à grain fin, ce qui est une entreprise très incertaine", explique Steve Frey, scientifique principal chez Aquanty et co-chercheur principal de Canada1Water.
Plusieurs entrées, une seule "horloge
Steve Frey est scientifique principal à Aquanty et co-chercheur principal du projet Canada1Water, qui vise à repousser les limites de ce que peuvent faire les modèles de pointe entièrement intégrés pour les eaux souterraines et les eaux de surface.
Comme Canada1Water repose sur plusieurs modèles individuels, chacun doit être agrégé d'une manière différente pour obtenir les périodes mensuelles globales. Le modèle climatique régional de la plateforme génère des sorties par tranches de trois heures qui seront agrégées en valeurs quotidiennes. Ces données quotidiennes feront l'objet d'un post-traitement supplémentaire afin que les données climatiques (apports d'eau liquide et évapotranspiration potentielle) représentent au final des conditions moyennes mensuelles.
La modélisation de la surface terrestre de la plateforme génère également des résultats par tranches de trois heures. Comme ces données sont utilisées pour alimenter les modèles de l'étendue du pergélisol et des cycles de gel/dégel de la couche active, elles seront probablement agrégées en conditions moyennes sur cinq jours ou sur une semaine pour les périodes historiques, du milieu et de la fin du siècle.
HydroGeoSphere (HGS) - le moteur des simulations des eaux souterraines et de surface de Canada1Water - utilisera également des données climatologiques transitoires quotidiennes de 2002 à 2020 comme forçage pour les simulations d'étalonnage du modèle. Grâce à cet étalonnage transitoire quotidien, les modèles HGS seront évalués pour leur capacité à reproduire les conditions hydrologiques connues associées à des événements météorologiques majeurs ainsi que la variabilité enregistrée en cours d'année et d'une année sur l'autre.
Non seulement le temps, mais aussi l'espace
Canada1Water a également deux résolutions spatiales, l'une faible et l'autre élevée. Les modèles à faible résolution présentent les caractéristiques des eaux de surface dans une grille d'éléments finis 3D non structurée avec un espacement nodal d'environ 1 500 à 5 000 mètres ; les modèles à haute résolution ont un espacement nodal de 1 000 à 3 000 mètres.
Si le fait d'avoir deux résolutions peut sembler redondant, M. Frey explique que les modèles à faible résolution constituent un banc d'essai expérimental pour des simulations relativement rapides, tandis que les modèles à haute résolution auront des durées d'exécution plus longues mais fourniront des données de sortie d'une fidélité spatiale considérablement plus élevée.
"Je considère Canada1Water comme une démonstration fantastique de la façon dont des outils et des méthodologies scientifiques de pointe, entre les mains d'une équipe de renommée mondiale, peuvent aider à relever l'un des plus grands défis auxquels le Canada sera confronté au cours du siècle à venir : identifier les impacts et concevoir des stratégies d'atténuation du changement climatique", a déclaré M. Frey.
"L'avantage d'une vision mensuelle est que l'on peut projeter des changements dans les cycles hydrologiques sans avoir besoin d'incorporer des données météorologiques quotidiennes très fines, ce qui est une entreprise très incertaine".