Analyse du post-traitement par transformation quantile-quantile pour le pré- et post-traitement de prévisions hydrologiques

Résumé

Cette étude explore l'amélioration des prévisions météorologiques et hydrologiques probabilistes à court terme à travers des traitements statistiques, s'inscrivant dans l'objectif crucial de gestion optimale des ressources hydriques et de prévention des risques liés aux phénomènes extrêmes. L'étude porte sur les prévisions générées par huit modèles hydrologiques conceptuels globaux pour 42 bassins versants québécois, utilisant l'algorithme Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES) pour la calibration. Les prévisions s'appuient sur des données météorologiques d'ensemble et sont enrichies par une assimilation de données, formant un ensemble de 1250 scénarios hydrologiques. L'accent est mis sur les pré et post-traitements des données par Quantile Mapping (QM) avec une sélection de données de calibration par fenêtre glissante, évalués via le Continuous Ranked Probability Score (CRPS). Les résultats révèlent que le prétraitement améliore considérablement les prévisions de température, mais impacte faiblement les précipitations. De plus, les avantages du prétraitement se propagent faiblement après simulation par les modèles hydrologiques. Inversement, le post-traitement entraîne des modifications substantielles des débits simulés, avec des impacts tant positifs que négatifs. Le post-traitement au QM améliore les performances de modèles moins précis, mais peut légèrement détériorer celles des modèles les plus performants. Sur les 42 bassins étudiés, les prévisions brutes restent supérieures pour 16 d'entre eux, soulignant qu'aucune méthode de traitement ne se distingue uniformément parmi les modèles et bassins étudiés. La méthode de sélection des données utilisée pour le QM suggère que des fenêtres plus larges (±30 jours) offrent des corrections plus efficaces. Cependant, l'étude révèle aussi des limitations cruciales, notamment la quantité limitée de données disponibles. Ainsi, le choix initial d'un nombre élevé de quantiles pour le QM, par rapport aux données disponibles, met en lumière une considération méthodologique essentielle. Reconnaissant cela, un nombre réduit de quantiles aurait été plus adéquat vu la limitation des données. Cette réalisation met en évidence l'importance de l'adéquation entre les méthodes statistiques et le volume de données, et suggère que des stratégies alternatives pourraient être explorées dans des recherches futures face à de telles limitations. Bien que l'étude démontre la capacité des traitements statistiques à ajuster et améliorer les prévisions hydrologiques, elle met également en lumière la complexité inhérente à la prédiction des régimes hydriques et les défis liés aux méthodes de traitement statistique. Ces observations encouragent une approche plus ciblée et une réflexion critique sur le choix des méthodes en fonction des caractéristiques spécifiques de chaque bassin versant et des données disponibles.

Date	18 mars 2024
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Richard Arsenault (Directeur(-trice)) & Annie Poulin (Codirecteur(-trice))