processus de surface simulés avec ORCHIDEE sur le bassin du Mississippi

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1 Étude du cycle de l eau et des processus de surface simulés avec ORCHIDEE sur le bassin du Mississippi Matthieu GUIMBERTEAU Lieu de travail: LMD Jussieu Sujet de recherche: impact de l irrigation sur le bilan hydrologique et le retour en précipitations Composition du Comité de Thèse: Laval K. (LMD), directrice de thèse Perrier A. (INAPG), co-directeur de thèse Polcher J. (LMD) Ribstein P. (SISYPHE) Tuzet A. (INRA) Réuni déjà le 03/03/08. Dates futures non définies Mississippi River Delta (USGS,NASA)

2 Plan utilisés: brèves descriptions III/ Résultats > Avec ORCHIDEE forcé par NLDAS: évaporation totale simulée (USA) humidité du sol simulée (Illinois). Comparaison avec les mesures. débits des fleuves simulés (Bassin du Mississippi, USA) avec ORCHIDEE > améliorer le calcul du cycle du LAI > en mode forcé NLDAS: irrigation simulée et effet sur les débits des fleuves (Bassin du Mississippi, USA) > en mode couplé avec LMDZ: effet global de l irrigation: sur l humidité des sols sur les débits des grands fleuves sur le retour en précipitations

3 Modèle ORCHIDEE Modèle de surface Simule les flux à l interface sol végétation atmosphère (pas de temps d itération d une demi-heure) Carte de végétation (Belward & al., 1999)* donne le couvert végétal au modèle jusqu à 13 types de couverts par maille (dont le sol nu) * International Geosphere Biosphere Programme (IGBP) land cover ma

4 Forçage NLDAS utilisé Composition des fichiers de forçage: Name Description Units Tair two meters air temperature K Qair two meters specific humidity kg/kg Wind_N ten meters wind speed (u component) m/s Wind_E ten meters wind speed (v component) m/s Psurf surface pressure Pa SWdown surface downward short wave flux W/m² LWdown surface downward long wave flux W/m² Rainf rainfall rate kg/m²/s Snowf snowfall rate kg/m²/s North American Land Data Assimilation System Combinaison de sorties de modèles EDAS et d observations Forçage Évaporation, LAI, humidité des sols, ruissellement, drainage... Résolution spatiale: 1/8 sur les USA Résolution temporelle: 1h Données de septembre 1996 à décembre 2007 Modèle de surface Ray, Precip, Psurf, Tair, Qair, Wind

5 Évaporation totale (mm/an) simulée par 4 modèles américains (Mitchell & al, 2004) et ORCHIDEE, forcés par NLDAS (moyenne Oct.97-Sept.99) Contraste est/ouest bien représenté Évaporation simulée par ORCHIDEE intermédiaire par rapport à celle des 4 modèles Partie Est différente selon les modèles Mitchell E.K. & al., 2004: The multiinstitution North American Land Data Assimilation System (NLDAS): utilizing multiple GCIP products and partners in a continental distributed hydrological modelling system. J. Geophys. Res., 109(D07S90), doi: /2003JD ORCHIDEE

6 Biais relatif ((modèle-obs)/obs) du ruissellement moyen annuel par bassins sélectionnés (mm/an) simulé par 4 modèles américains (Mitchell & al, 2004), forcés par NLDAS (moyenne Oct.97-Sept.99) Partie Est différente en évaporation selon les modèles Comparaison des ruissellements simulés avec les observations: -NOAH simule bien le ruissellement dans cette région -VIC le surestime -MOSAIC & SAC le sousestime Mitchell E.K. & al., 2004: The multiinstitution North American Land Data Assimilation System (NLDAS): utilizing multiple GCIP products and partners in a continental distributed hydrological modelling system. J. Geophys. Res., 109(D07S90), doi: /2003JD ORCHIDEE a une évaporation similaire à celle de NOAH qui semble la mieux simulée

7 Étude régionale de l humidité du sol: simulations ORCHIDEE / observations LES OBSERVATIONS Réunies par une banque de données d humidité du sol (Robock A. & al, 2000)* Mesures en Illinois (U.S.A.) sur la période stations ICN (Illinois Climate Network): 1 sur sol nu, 18 sur gazon (Hollinger & Isard, 1993) LE MODELE ORCHIDEE forcé par NLDAS sur l Illinois (période ) Chaque station contenue dans un pixel de 12,5km de côté Carte de végétation donne la couverture végétale au modèle * The Global Soil Moisture Data Bank

8 Étude régionale de l humidité du sol: simulations ORCHIDEE / observations Résumé des simulations effectuées Modifier les valeurs de paramètres de végétation Influence sur la saisonnalité de l humidité du sol Humidité du sol simulée avec ORCHIDEE proche des observations? Simulation Tmin/Tmax LAI h (m) c (m-1) s ( C) min/max rsoil (s/m²) ORCH1 0/20 0/ ORCH2 7/15 0/ ORCH3 7/15 0/ ORCH4 7/15 0/ ORCH5 7/15 0/

9 Étude régionale de l humidité du sol: simulations ORCHIDEE / observations Résumé des simulations effectuées Simulations Tmin/Tmax ( C) LAI min/max h (m) ORCH1 0/20 0/2 c (m-1) rsoil (s/m²) Moyenne mensuelle du SWI moyen sur les 8 stations sélectionnées, pour la période moyenne

10 Étude régionale de l humidité du sol: simulations ORCHIDEE / observations Résumé des simulations effectuées Simulations Tmin/Tmax ( C) LAI min/max h (m) c (m-1) rsoil (s/m²) ORCH3 7/15 Moyenne mensuelle du SWI moyen sur les 8 stations sélectionnées, pour la période moyenne / Moyenne mensuelle des composantes de l évaporation (mm/j) sur les 8 stations sélectionnées, pour la période moyenne

11 Étude régionale de l humidité du sol: simulations ORCHIDEE / observations Résumé des simulations effectuées Fusion des données de précipitations sur les stations dans le fichier de forçage Données d observation de précipitations par station Champ de précipitations du forçage Simulation Tmin/Tmax LAI h (m) c (m-1) rsoil s ( C) min/max (s/m²) ORCH8 7/15 0/ Moyenne mensuelle du SWI moyen sur toutes les stations, pour la période moyenne

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13 Conclusions et perspectives Évaporation totale sur les États-Unis simulée par ORCHIDEE satisfaisante Les ajustements de l humidité du sol dans ORCHIDEE: ont permis une bonne compréhension des effets des différents paramètres d une végétation ont servi à se rapprocher d une humidité de sol globalement satisfaisante difficultés quand on veut se placer strictement dans des conditions réalistes modèle très global => avoir une humidité de sol très proche des mesures -> idéaliste bonne représentation de l humidité de sol dans ORCHIDEE: atout pour la pertinence des résultats avancés lors de l étude de l irrigation Objectifs suivants: débits des fleuves sur les États-Unis avec ORCHIDEE-NLDAS nouvelle hydrologie améliorer la saisonnalité du LAI dans SECHIBA étudier la variation du bilan d eau après irrigation sur quelques grands bassins 2 simulations couplées avec LMDZ (sans irrigation / avec irrigation) période de 30 ans chacune

14 Merci de v tre attention