Observation et modélisation de la neige sous la forêt de l’Observatoire nivo-météorologique de moyenne montagne du Col de Porte (1325 m, Chartreuse)

Description du stage
Environ 50 % des régions alpines au-dessus de 600 mètres d’altitude sont recouvertes de forêts et cette fraction a régulièrement augmenté au cours du siècle dernier (Bebi et al, 2017). En présence de forêt, les processus d’évolution du manteau neigeux diffèrent de ceux bien connus en zone dégagée. Malgré la contribution majeure de ces processus sur des surfaces très étendues, peu de modèles les représentent finement. Les intercomparaisons de modèles de neige ont permis d’identifier la neige sous forêt comme l’une de leurs limitations principales. Cette difficulté est liée à une compréhension incomplète des processus mis en jeu et à leur variabilité spatiale en lien à un manque d’observations. Les récentes investigations menées à l’aide du modèle MEB (Multiple Energy Balance) couplé au modèle de neige Crocus sur le site du Col de Porte (Chartreuse) dans le cadre du projet SNOUF (SNOw Under Forest) ont permis d’identifier certaines difficultés importantes. Elles se rapportent principalement à l’évaluation 1) de l’interception des précipitations (neige et pluie) par la canopée, 2) de leurs évolutions sur la canopée (sublimation, évaporation ou fonte) et 3) de la décharge vers la surface des quantités de masse résiduelles. Les paramétrisations actuellement implémentées dans le modèle et issues de la littérature scientifique à partir d’observations dans des régions canadiennes continentales très froides ont semblé inadaptées pour représenter ces processus sur le site du Col de Porte.

Dans ce contexte, ce stage propose donc d’améliorer les travaux récemment mis en œuvre. Il propose un volet expérimental sur le site de l’Observatoire du Col de Porte et un volet de modélisation numérique (à Toulouse dans l’équipe GMME d’Aaron Boone et (ou) à Grenoble au CEN). Sur la parcelle de forêt du site du Col de Porte, les observations des quantités de neige interceptées réalisées lors de deux saisons hivernales récentes (2017-2018 et 2019-2020) vont à nouveau être produites au cours de l’hiver 2021-2022. L’objectif de ces nouvelles mesures est d’accroître la banque de données déjà acquise durant deux hivers et de disposer par cela d’une plus grande variété de situations nivo-météorologiques. Le protocole expérimental appliqué durant les deux hivers précités sera répété sur le transect d’interception déployé lors de la saison 2019-2020. Afin de mieux comprendre l’occurrence de fonte sur la canopée, on cherchera lors de cette nouvelle campagne de mesures à mieux caractériser l’état d’enneigement des branches et on mesurera humainement sur quelques-unes d’entre elles la température de la neige non déchargée. Une caméra infra-rouge visant localement quelques branches complétera de manière continue ces observations humaines ponctuelles de température de surface.

Le volet modélisation s’appuiera comme lors du stage précédent sur le modèle MEB de la plateforme SURFEX de modélisation de la surface couplé à des schémas de neige de différente complexité (Explicit Snow, Crocus). Le stage précédent a confirmé que le modèle d’interception existant n’était pas bien adapté au contexte alpin, notamment en raison de l’importance de la fonte de la neige interceptée (le schéma ayant été développé à l’origine pour le climat canadien "froid, sec et venté").

Objectifs du stage
Nous proposons donc pour ce nouveau stage deux pistes d’amélioration :
1) essayer d’adapter le schéma actuel à des conditions climatiques plus chaudes, notamment en améliorant la représentation du gel-dégel de la neige interceptée et la perte de masse associée due à l’égouttement de la neige fondue sur la canopée
2) tester d’autres méthodes de dynamique d’interception de la canopée au sein de MEB, notamment celles développées pour le contexte alpin. D’autres jeux de données de campagnes expérimentales pourraient alors être utilisés pour vérifier la robustesse de cette stratégie.

Livrables
Les résultats attendus comprennent l’acquisition et le traitement des données des expériences sur le terrain, l’analyse et l’utilisation de ces données pour évaluer les simulations du modèle numérique SURFEX : Les simulations et l’analyse seront effectuées par l’étudiant. Rapport de stage.

Pour postuler
Envoyer CV et lettre de motivation par courriel aux encadrants.