Évaluation hydrologique de jeu de données de précipitations et températures journalières issues du modèle régional de climat "CROQ"

Résumé

La faible densité du réseau de stations météorologiques dans les régions éloignées et la nécessité d'avoir des données météorologiques fiables pour les études hydrologiques poussent les chercheurs à regarder des jeux de données alternatives pour complémenter ou même remplacer les données traditionnelles provenant des stations. L'objectif de la présente recherche est d'analyser la capacité du jeu de données du modèle régional de climat CROQ à reproduire l'hydrologie des différents bassins versants du Québec. Le jeu de données du modèle régional CROQ provient d’une simulation à haute résolution du modèle régional de climat Canadien piloté par la réanalyse atmosphérique ERA-Intérim. En premier lieu, la qualité des données de températures et précipitations issues de CROQ est évaluée par rapport à celle de trois autres jeux de données : la base de données interpolées sur grille "NRCan", la réanalyse "ERA-Intérim", et celles provenant d’une autre simulation provenant du même modèle régional de climat "MRCC5", mais selon une configuration différente. Par la suite, la validation hydrologique du jeu de données CROQ est réalisée. Pour ce faire, les données météorologiques de chacun des jeux de données sont utilisées comme intrants à deux modèles hydrologiques conceptuels globaux de complexité différente (HSAMI et GR4J) afin de simuler les débits en rivières. Le potentiel des deux modèles à représenter les débits en rivières est ensuite comparé. Afin de découvrir la diversité spatiale et temporelle entre les jeux de données, la validation climatique et hydrologique est effectuée en utilisant diverses métriques aux pas de temps annuel et saisonnier, et en comparant les simulations hydrologiques effectuées sur 117 bassins versants du Québec. Ces résultats ont ensuite été raffinés en comparant 20 bassins versants du sud et du nord du Québec. En général, les résultats de la comparaison montrent que CROQ surestime systématiquement la précipitation, et que ses températures sont plus froides, et ce notamment durant le printemps sur l'ensemble de Québec. Au Sud du Québec, les données CROQ sont moins biaisées par rapport aux autres jeux de données et présentent une plus faible variabilité interbassin. Le jeu de données CROQ permet une bonne performance en modélisation hydrologique sur les bassins versants du sud, et ce pour les deux modèles hydrologiques. Les résultats en modélisation hydrologique sont comparables, quoique légèrement inférieurs à ceux des autres jeux de données. Au nord du Québec par contre, les biais associés aux données CROQ donnent de moins bons résultats en modélisation hydrologique, et ce particulièrement avec le modèle GR4J. Ce modèle présente peu de paramètres ajustables lors de sa calibration et il est incapable de s’ajuster aux biais présents dans les données de précipitation et de température provenant de CROQ. De manière générale, la réanalyse ERA-I, malgré sa résolution plus grossière, donne des résultats supérieurs (et en particulier au Nord) en modélisation hydrologique comparativement à CROQ et même en comparaison avec NRCan pourtant directement issu des données de stations météorologiques. Les données CROQ sont en général plus biaisées que celle de son pilote (ERA-I), indiquant que le modèle régional ajoute ses biais à ceux de son pilote. En modélisation hydrologique, la résolution accrue de CROQ ne semble pas compenser pour ces biais supplémentaires ainsi que pour la liberté accrue du modèle regional à l’intérieur de son domaine de calcul. Cette liberté accrue résulte en des trajectoires de systèmes météorologiques potentiellement légèrement différentes de celles observées ce qui résulte en une baisse de corrélation journalière des variables météorologiques observées et simulées, et une inévitable baisse de performance en modélisation hydrologique.

Date	30 nov. 2017
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	François Brissette (Directeur(-trice)) & Sébastien Biner (Codirecteur(-trice))