Jeux de données sur le pergélisol : Observations et modélisation

Auteur : Tyler Herrington

Dans de grandes parties de l'Arctique et dans certaines parties du subarctique, les sols restent gelés en permanence et sont connus sous le nom de sols pergélisolés. L'un des principaux objectifs du projet Canada 1 Water est d'évaluer l'impact du changement climatique dans le nord du Canada, qui est en grande partie dominé par le pergélisol. Dans ces régions, le recul du pergélisol devrait avoir des répercussions importantes sur les infrastructures, les ressources en eau et les écosystèmes. 

Les sols gelés font obstacle à l'infiltration et à la circulation de l'eau dans le sol et peuvent influencer considérablement l'hydrologie des environnements arctiques et subarctiques. Le réchauffement du pergélisol entraînera un approfondissement de la couche active (la partie des sols qui subit le gel et le dégel saisonniers) et des modifications de la géomorphologie de surface, deux phénomènes qui ont des répercussions importantes sur les schémas de drainage dans les régions septentrionales. 

En outre, on estime que la quantité de carbone stockée dans les sols du pergélisol est environ deux fois supérieure à celle qui est actuellement présente dans l'atmosphère. Lorsque le pergélisol fond, la matière organique précédemment gelée devient accessible à la décomposition microbienne et libère du dioxyde de carbone ou du méthane (deux gaz à effet de serre). Ce phénomène pourrait avoir un effet de rétroaction sur le changement climatique, le réchauffement continu entraînant une fonte accrue du pergélisol et la libération de gaz à effet de serre, ce qui, à son tour, entraînerait un réchauffement plus important. 

Figure 1. Carte des biais de la température du sol moyenne de l'ensemble à une résolution de0,05° . Les panneaux A et C représentent les biais de la saison froide, et les panneaux B et D les biais de la saison chaude. L'échelle va de -5°Cà +5°Ccar la plupart des biais se situent dans cette fourchette, mais certaines cellules de la grille présentent des biais beaucoup plus importants.

Toutefois, en raison de l'éloignement de l'Arctique, les observations du sol et de la surface terrestre sont très peu répandues. Ainsi, pour évaluer les changements du pergélisol à l'échelle continentale, nous devons nous appuyer sur des estimations des températures, de l'humidité et de la couverture neigeuse du sol obtenues par télédétection ou par modélisation. Les produits de réanalyse sont un type d'estimation modélisée couramment utilisé qui est contraint par des observations sur une grille spatiale régulière ; cependant, on ne savait pas grand-chose auparavant sur la fiabilité des produits de réanalyse dans les régions de pergélisol. 

En utilisant une variété de bases de données d'observation(in situ) sur la température du sol et le pergélisol, couvrant l'Arctique canadien et eurasien, nous validons les températures du sol à partir de plusieurs produits de réanalyse globaux et régionaux dans l'hémisphère nord (y compris l'Arctique canadien). Nous évaluons 10 produits de réanalyse différents à une résolution de 1° et un sous-ensemble de produits à haute résolution à une résolution de 0,05°. Les lecteurs sont invités à consulter Herrington et al. (2022) pour de plus amples informations sur notre méthodologie. 

Nous constatons que la plupart des produits sont biaisés à froid d'environ 2°C - 8°C dans l'hémisphère Nord, Arctique et subarctique, en moyenne, les erreurs les plus importantes se produisant dans les régions recouvertes de pergélisol et au cours de la saison froide. Nous constatons également que la température moyenne du sol de l'ensemble des produits de réanalyse (c'est-à-dire la moyenne de tous les produits) est généralement plus performante que n'importe quel produit individuel.

La figure 1 montre les biais de la température moyenne du sol à une résolution de 0,05° dans l'hémisphère nord. Les biais les plus importants pendant la saison froide (panneaux A et C) sont bien visibles. Il est également évident que les biais en profondeur (panneaux C et D) sont généralement plus faibles que près de la surface (panneaux A et B).

À l'avenir, nous prévoyons d'utiliser les données de température du sol pour piloter le gel et le dégel dans les simulations hydrologiques et pour valider les simulations basées sur des modèles de l'épaisseur de la couche active et de la profondeur du pergélisol, dans le but d'évaluer l'impact du changement climatique sur le pergélisol. Dans le cadre du projet C1W, il s'agira également d'évaluer les projections climatiques régionales à haute résolution et les simulations de la surface terrestre qui seront réalisées dans le cadre du projet.

Références

Herrington, T. C., Fletcher, C. G. et Kropp, H. (2022). Validation of Pan-Arctic Soil Temperatures in Modern Reanalysis and Data Assimilation Systems (Validation des températures du sol pan-arctique dans les systèmes modernes de réanalyse et d'assimilation de données). The Cryosphere Discussions, Preprint. https://doi.org/10.5194/tc-2022-5