Cours ENGREF FIF1. cours n 1 Bioclimatologie. Les indices bioclimatiques. F. Lebourgeois

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1 Cours ENGREF FIF1 cours n 1 Bioclimatologie Les indices bioclimatiques F. Lebourgeois Enseignant-Chercheur UMR ENGREF-INRA 192 LERFOB - Equipe Ecologie Forestière lebourgeois@engref.fr Plan de l exposé 1. Pourquoi caractériser le climat? 2. Comment caractériser le climat? A quelles échelles temporelle et spatiale? Avec quelles variables? 3. Aperçu de la variabilité climatique en France 4. Les indices bioclimatiques 1

2 Reboisement Chêne sessile - Forêt de Lyons Aménagement forestier Cartographie des stations Analyse du peuplement (dendrométrie, sylviculture ) Introduction Analyse de la flore (phytoécologie) Contexte climatique Climat combinaison des états de l atmosphère dans un lieu donné et sur une période définie Analyse du sol (pédologie) Pourquoi caractériser le climat? Pourquoi caractériser le climat? facteur essentiel de l évolution des espèces (apparition et succession) facteur essentiel de la répartition des grandes formations végétales à travers le monde Océanique... Forêt tempérée de feuillus caducifoliés Continental Forêt boréale de conifères, tempérée mixte Continental aride et semi-aride végétation diffuse des déserts, steppe... 2

3 Pourquoi caractériser le climat? Pourquoi caractériser le climat? Ins. facteur essentiel du comportement des essences Temp. Pluie ETP ETR Vent Autécologie hêtre et humidité de l air BH régulation Croissance aérienne Potentialités forestières Dépérissement Réchauffement Croissance souterraine RU L analyse du contexte climatique est la première étape à toute étude écologique Comment caractériser le climat? Comment caractériser le climat? (p.6 à 9) A quelle échelle temporelle? Géologique Historique archives, documents religieux (1 ans maximum) Contemporaine (Photo : Philippe Frayssinet)...mesures stations météorologiques (1 à 15 ans maximum en général) Urbain le Verrier. Station Maille Nb seconde minute Directeur Observatoire Paris entre heure P T en 1856 : 24 stations dont 13 avec liaisons télégraphiques (P et T = 2487) journée Ins la plus ancienne série : Paris-Montsouris décade Syn Prévisions Pluie depuis 1688 mois Moyenne trentenaire Recherche... année Température depuis 1873 (1951-8, , 1971-) 3

4 Comment caractériser le climat? polaire continental océanique méditerranéen Aride Semi-aride Comment caractériser le climat? (p.1 à 13) A quelle échelle spatiale? Macroclimatique Mésoclimatique Topoclimat Climat régional donné par les stations du réseau synoptique 29 régions 1 km relief 1 km équatorial Microclimat (1 à 1 m) Comment caractériser le climat? T Comment caractériser le climat? (p.14 à 17) Avec quelles variables? «simples» P Ins Vent... Facilité d obtention Utilisable pour toutes les échelles spatiales mais analyse monofactoriel (compensation de facteurs non pris en compte) ETP, ETR... Estimation du bilan hydrique forestier (cf TD) «combinées» De Martonne, Gaussen, Emberger, Gams... Résultante utile du climat Aperçu de la variabilité climatique en France Valeurs de «référence» pour les différents paramètres 4

5 Comment caractériser le climat? Comment caractériser le climat? Parmi les nombreuses variables fournies par les services de Météo-France, quels sont les paramètres facilement utilisables pour le «praticien de terrain»? (à partir des données mensuelles trentenaires) Précipitations Cumul Nb jours avec P > 1 mm et > 5 mm Température T moy (T min, T max ) Nb jours de gel Date de la première et dernière gelée Nb jours avec T max > 25 C Définitions des limites des classes pour chaque facteur Insolation Durée totale Phénomènes (Nb de jours avec ) Brouillard Orage Neige ATTENTION!!! Ces valeurs moyennes MASQUENT totalement les extrêmes qui sont souvent très importants à considérer pour expliquer certains phénomènes observés Aperçu de la variabilité climatique en France 5

6 Aperçu de la variabilité climatique en France Les précipitations (p.22 et 23) Aperçu de la variabilité climatique en France Annuelles de 5 à mm Saisonnières de 5 à 35 mm (DF - MAM - A - SON) Très faible Faible à moyen Moyen à assez élevé Assez élevé à élevé Elevé à très élevé Très élevé Très faible Très faible à faible Faible à moyen Moyen à élevé Elevé à très élevé Très élevé Océanique Continental pic moyen SON en SON creux pic en en A Lorient Strasbourg DF - MAM - A - SON DF MAM A SON < 6 mm 6-7 mm 7-8 mm 8-1 mm 1-15 mm > 15 mm < 5 mm 5-1 mm 1-15 mm 15- mm -25 mm > 25 mm ours de pluie < 15 (1/6) 3-4 (1/4) 5-6 (1/2) Aperçu de la variabilité climatique en France Les températures (p.29 à 32) Aperçu de la variabilité climatique en France Annuelles de 5 à 14 C Hiver Très froid < 5 C Très froid à froid 5 à 8 C Froid à frais 8 à 1 C Frais à doux 1 à 11 C Doux à chaud 11 à 12 C Chaud à très chaud 12 à 14 C Très chaud > 14 C Eté Très frais Très froid < 15 C < 1 C Très frais Très à frais froid à froid15-17 C1-3 C Frais à doux Froid à frais C 3-4 C Doux à chaud Frais à doux C 4-5 C Chaud à très Doux chaud àcontinental très doux19- C 5-6 C Très chaud Très Océanique doux > C > 6 C hiver (très) froid hiver ététrès doux doux (à chaud) Nb été de jours frais annuels de gel Très faible à faible -4 Moyen Strasbourg Lorient à élevé 6-8 Très élevé DF - MAM - A - SON > 1 6,6 1,8-9,8 1,1-18,2 16,8-1,4 12,3 6

7 Aperçu de la variabilité climatique en France Aperçu de la variabilité climatique en France DONNÉES CALCULÉES SOUS SYSTEME D'INFORMATION GEOGRAPHIQUE (SIG) méthode AURELHY : Analyse Utilisant le RELief pour l'hydrom HYdrométéorologieorologie (Benichou et Le Breton, 1987) => données spatialisées - 1 km Précipitation (mm) et température ( C) moyennes annuelles issues du modèle AURELHY (moyenne ). Les indices bioclimatiques 7

8 Qu est ce qu un indice bioclimatique (p.35) Les indices bioclimatiques Le constat... Forte variabilité spatiale et temporelle Difficulté de classement des climats d analyse de la répartition des groupements végétaux fondés initialement sur les corrélations entre la répartition des végétaux et les valeurs des indices combinaison d au moins deux valeurs numériques sur l état de l atmosphère résultante utile des climats facteur de sécheresse ou d aridité (combinaison P/T ou P/ETP) Les principaux indices (p.36) Les indices bioclimatiques Une représentation simplifiée les climatogrammes Quotient pluviothermique d Emberger (1932) Indice d aridité de De Martonne (1926) indices Diagramme ombrothermique de Gaussen et Bagnouls (1952) Angle de continentalité hydrique de Gams (1931) (modifié par Michalet 1991) 8

9 Les climatogrammes (p.37) Les climatogrammes Brest - climat océanique typique P (mm) F M D A N P (mm) M Toulon - Climat méditerranéen O F D N M A 16 Forme globuleuse pluie abondante 14 (creux en 1 été) amplitude thermique faible 1 (hiver chaud - été frais) S 8 A 6 N 4 D F T ( C) M M O S Strasbourg - Climat continental P (mm) A O M S A T ( C) A T ( C) Forme allongée (climat contrasté) pluie moyenne (pic en été) amplitude thermique forte (hiver froid - été chaud) Forme en chapeau de gendarme (climat très contrasté) pluie forte avec une sécheresse estivale marquée amplitude thermique forte (hiver chaud - été très chaud) Les climatogrammes altitude Les climatogrammes SUD Chêne liège NORD Hêtre Chêne pubescent Chêne vert alpin Pin à 1 crochets Pin 8 sylvestre 4 Aire ombrothermique dans les Pyrénées-Orientales (p. 4) Sapin Epicéa Chêne pubescent Niche pluviothermique de quelques espèces (p.39) Hêtre (aire ombrothermique) Chêne sessile Chêne vert Pin d Alep Chêne vert, liège Ch. Pubescent Pin maritime Ch. Pédonculé Ch. Sessile 8, Pin sylvestre Hêtre 7-11, Sapin 7-9, Epicéa Mélèze Pin à cro

10 L indice d aridité de De Martonne (p.43 et 44) Indice annuel Indice mensuel Indice de De Martonne I = P (mm) I = 12 * p (mm) T ( C) + 1 t ( C) + 1 L aridité AUGMENTE quand l indice DIMINUE (faible pluie et/ou température élevée) < 5 aridité absolue désert Risque de sécheresse quand I < 5 à 1 désert (aride) désert et steppe 1 à semi-aride formations herbacées, steppes ou savanes P < 1 mm T < 1 C à 3 semi-humide prairie naturelle 3 à 4 humide formation arborée de plus en plus présente P < 25 mm 1 T < > 4 humide forêt dominante P < 5 mm T < 3 P < 75 mm T > 3 C Indice de De Martonne spatialisé ( ) Indice de De Martonne [P/(T+1)] sec humide 1

11 Répartition des espèces dans les Alpes et Indice d aridité (p.47) Chêne pédonculé Indice de De Martonne Chêne sessile (Charnay 1) Chêne pubescent L indice d aridité de De Martonne Répartition des espèces dans les Alpes et Indice d aridité (p.47) Indice de De Martonne Chêne vert < 3 Chênes péd., sessile 4 Pin d'alep < 3 Frêne commun 4 Peuplier noir < 3 Hêtre 4 Erable de Montpellier 3 Mélèze 4 Chêne pubescent 3 Pin à crochets, cembro 4 Orme champêtre 3 Sapin pectiné 4 Alisier blanc 35 Tilleul petites feuilles 4 Alisier torminal 35 Erable plane, syco 45 Erable à feuille d'obier 35 Charme 45 Erable champêtre 35 Sorbier des oiseleurs 45 Merisier 35 Tilleul à grandes feuilles 45 Pin maritime 35 Epicéa 5 Pin noir d'autriche 35 Orme des montagnes 5 Pin sylvestre 35 If, Aulne vert 55 (Charnay 1) 11

12 Diagramme ombrothermique de Gaussen et Bagnouls (p.48 et 49) 1 Nancy 5 1 Toulon 5 Diagramme ombrothermique P (mm) an P (mm) Fév Mars Avr Mai uin uil F D N M A Août T > 6 C T > 1 C Sept Oct M Nov O Déc S T ( C) A P (mm) P = 2T T ( C) an Fév Mars Avr Mai uin échelle P =2T. Si P < 2T : mois sec uil Août Sept Oct Climatogramme et mois secs selon Gaussen Nov Déc T ( C) Quotient pluviothermique d Emberger (p.53) Quotient pluviothermique d Emberger défini pour les régions méditerranéennes prend en compte l amplitude thermique Q = 2 => à T moy égale, l évaporation est plus forte quand l amplitude augmente M = moyenne des maxima du mois le plus chaud m = moyenne des minima du mois le plus froid P M + m 2 M - m X 1 = 1 x P M 2 - m 2 L aridité AUGMENTE quand l indice DIMINUE la valeur de m est un différentiel important qui rend bien compte de la période critique des gelées 12

13 Quotient pluviothermique d Emberger spatialisé ( ) Quotient pluviothermique d Emberger Quotient pluviothermique d Emberger Quotient pluviothermique d Emberger 1 Quotient Q > 1 humide > 9 mm/an Florence Montpellier Marseille Marrakech Ajaccio Tunis C Valeur de m Toulon Oran Alger Zonation des climats méditerranéens selon les valeurs de Q et m 6< Q < 1 sub-humide 6-9 mm/an 3 < Q < 6 semi-aride 3-6 mm/an 12 < Q < 3 aride 1-3 mm/an Q < 12 saharien ou désertique < 1 mm/an 13

14 (p.56 et 57) adapté aux régions montagneuses (Alpes) précise la répartition spatiale des pluies par rapport à l orographie cherche à s affranchir des variations de la pluviométrie avec l altitude Massif de la Grande Chartreuse Pluie (en mm) Année : + 76 mm / 1 m Saison Végétation : + 36 mm / 1 m Altitude (en m) Pluie Nébulosité Soleil Amplitude therm. permet de comparer climatiquement des stations localisées dans des régions différentes élimine l effet de continentalité même altitude Zone externe (1) climat humide - frais - peu ensoleillé Zone interne (3) climat sec - froid - ensoleillé 14

15 Pour des altitudes supérieures à 9 m, l indice correspond : Cotangente (α) = Pluie (mm) Altitude (m) Altitude (m) Tangente (α) = Pluie (mm) α augmente (tend vers 9 ) quand P diminue relativement à l altitude (m) du poste considérée Altitude (m) α = 5 à 9 Alpes internes sèches α = 4 à 5 Alpes intermédiaires α < 4 Alpes externes très arrosées Pluie (mm) Altitude (m) Pluie (mm) α < 4 Alpes externes très arrosées α = 4 à 5 Alpes intermédiaires α = 5 à 9 Alpes internes sèches Sud Nord 15

16 modifié par Michalet (1991) correction de l indice pour des altitudes inférieures à 9 m Altitude (m) Domaine interne α ± 7 courbes théoriques 1 m Domaine externe α ± 3 courbes réelles Pluie (mm) Cot (α) = P A 1 A X P 1 Répartition des essences dans les Alpes Altitude (m) Zone interne Pin cembro et Mélèze Zone intermédiaire 45 Sapinières Zone externe 4 Hêtraie-sapinière des Pré-Alpes (Ozenda 1985) Pluie (mm) 16

17 Croissance en hauteur du sapin et indices de continentalité (région PACA) (Nouals 1999) Ho (1 ans) en m Optimum 5 à < 49 > 61 Climat externe (effet sécheresse estivale) Climat interne sec et froid Indices de Gams ( ) A suivre... 17