Analyse statistique de la variabilité temporelle de la température et des pluies estivales au Québec méridional Vincent Maloney-Dumont et Ali A. Assani
Plan de la présentation I. Problématique et objectifs du travail II. Méthodologie III. Résultats IV. Discussion / Conclusion V. Remerciements
Mise en contexte problématique et objectifs du travail
Mise en contexte Dans les régions caractérisées par un climat tempéré froid comme celui du Québec, le réchauffement climatique dépendra des saisons. Certaines saisons connaitront un réchauffement plus important que d autres (GIEC, 2001). Ce réchauffement pourrait être associé à une hausse ou une baisse des précipitations. De plus, il est de plus en plus reconnu que l ampleur du réchauffement dépendra de la période de la journée. Plusieurs travaux ont déjà démontré que le réchauffement nocturne (températures minimales) est plus important que le réchauffement diurne (température maximale). Enfin, l ampleur du réchauffement variera spatialement dans une même région climatique.
Mise en contexte Au Québec, dans une étude récente, Nadjet et al. (2015) ont démontré que les températures (maximales et minimales) et les précipitations n ont pas significativement augmenté ni diminué en hiver pendant la période 1950-2010.
Problématique Qu en est-il alors des températures et pluies en été?
Objectifs et hypothèses du travail Pour répondre à cette question, cette étude poursuit les deux objectifs suivants: 1. Comparer la variabilité spatio-temporelle de la tendance à long terme des températures (maximales, minimales et moyennes) et les pluies estivales dans les trois régions hydroclimatiques au Québec. 2. Déterminer éventuellement la nature (abrupte ou progressive) et les dates de rupture des moyennes de ces températures et des pluies.
Méthodologie
Données climatiques et choix des stations à analyser Choix des stations à analyser 25 stations réparties de manière régulière dans les trois régions hydroclimatiques au Québec pendant la période 1950-2010. Existence des mesures continues des températures et des pluies journalières sur une période d au moins 50 ans. Les données des températures ont été extraites du site web d environnement Canada. http://www.climate.weatheroffice.ec.gc.ca (mars 2015)
Choix des stations à analyser Tableau : stations analysées Région Hydroclimatique 1950-2010 Coordonnées Région hydroclimatique Sud-Est Région hydroclimatique Est Région hydroclimatique Sud- Ouest SE1 Coaticook SE2 Granby SE3 Les Cédre SE4 Magog SE5 Milan SE6 Montréal SE7 Nicolet SE8 Oka SE9 Philipsburg SE10 St Malo SE11 Valleyfield E1 Bagotville E2 Mont Joli A E3 Natashquan A E4 St Anne E5 St Ephrem E6 Sept Iles A E7 Ste Rose E8 Trois-Pistoles SW1 Chelsea SW2 La Tuque SW3 Nominingue SW4Shawville SW5 St Alban SW6 St-Jérome 45 7'44.20"N 71 48'27.52"O 45 23'37.68"N 72 44'43.89"O 45 18'12.09"N 74 3'36.14"O 45 14'19.52"N 72 8'46.49"O 45 34'29.32"N 71 10'14.05"O 45 30'58.35"N 73 39'58.93"O 46 13'23.40"N 72 36'35.30"O 45 25'15.78"N 74 4'55.90"O 45 1'41.72"N 73 4'36.49"O 45 9'19.61"N 71 30'50.05"O 45 12'32.48"N 74 7'40.71"O 48 17'8.75"N 70 59'34.75"O 48 33'50.94"N 68 11'33.21"O 50 8'22.09"N 61 49'26.20"O 47 1'17.39"N 70 55'39.22"O 45 56'46.26"N 70 52'41.93"O 50 12'47.87"N 66 22'32.85"O 48 20'20.22"N 70 36'8.99"O 48 1'36.39"N 69 10'5.12"O 45 29'42.72"N 75 52'22.05"O 47 25'46.30"N 72 47'3.01"O 46 20'44.45"N 75 1'44.96"O 45 33'36.25"N 76 29'57.98"O 46 41'59.38"N 72 4'51.47"O 45 46'31.33"N 74 0'17.74"O
Fig: Localisation des stations analysées
Analyses statistiques Constitution des séries statistiques climatiques Pour chaque station de juin à septembre: Températures moyennes journalières maximales Températures moyennes journalières minimales Températures moyennes journalières Pluies totales journalières
Analyses statistiques Analyse de la tendance à long terme et des dates de ruptures des moyennes des séries des températures et des pluies Méthodes d analyse de la tendance à long terme Méthode de Mann-Kendall Méthode de coefficient de rang de Spearman Méthode d analyse des ruptures Méthode de Lombard
Analyses statistiques Méthode de Lombard Permet de déterminer d une manière précise la date de la hausse ou de la baisse de la quantité moyenne des précipitations (neige et pluie). Permet de déterminer la nature (brusque ou graduelle) de cette hausse ou de cette baisse de la moyenne. Les trois méthodes ont été appliquées sur des séries non auto-corrélées.
Résultats
1. ANALYSE DE LA TENDANCE À LONG TERME
Résultats Résultats Mann-Kendal Sud-Est Tmax Tmin Tmoy Pluie Z p-values Z p-values Z p-values Z p-values Région Hydroclimatique Sud-Est SE1 Coaticook -0.7343 0.4628 5.6504 0.00000 3.1737 0.0015 3.3548 0.0008 SE2 Granby 1.2722 0.2033 4.1274 0.00003 2.4383 0.0148 2.1282 0.0333 SE3 Les 1.6494 0.0991 2.5452 0.0109 1.0952 0.2734 2.1096 0.0349 Cédres SE4 Magog 0.3298 0.7415 1.0579 0.2901 1.0206 0.3075 2.5448 0.0109 SE5 Milan 2.2900 0.0220 5.1277 0.00000 3.9453 0.000 0.6659 0.5055 SE6 Montréal 1.8855 0.0594 2.2278 0.0259 2.1656 0.0303 0.5352 0.5925 SE7 Nicolet 0.9832 0.3255 1.2757 0.2021 1.0143 0.3104 1.1672 0.2431 SE8 Oka 1.5307 0.1258 0.6442 0.5195 1.4223 0.1549 1.2294 0.2189 SE9 Philipsburg 0.7405 0.4590-0.7965 0.4257 0.2178 0.8276 1.3904 0.1644 SE10 St Malo 2.6022 0.0093 0.9894 0.3324 1.8233 0.0683 3.4413 0.0006 SE11 Valleyfield 0.8291 0.4070 2.2961 0.0217 1.5562 0.1197 1.5630 0.9937
Résultats Résultats Mann-Kendal Est et Sud-ouest Tmax Tmin Tmoy Pluie Z p-values Z p-values Z p-values Z p-values Région Hydroclimatique Est E1 Bagotville 3.0057 0.0026 2.8874 0.0039 3.6777 0.0002-0.2551 0.7986 E2 Mont Joli A 3.1666 0.0015 2.0032 0.0452 2.9119 0.0036 1.9506 0.0511 E3 Natashquan A 4.0118 0.00001 0.6827 0.4948 2.8535 0.0043 0.0997 0.9206 E4 St Anne 1.3193 0.1871 4.0324 0.0001 3.3355 0.0009 2.0926 0.0364 E5 St Ephrem 3.5346 0.0004 2.6447 0.0082 3.3853 0.0007 19.229 0.0545 E6 Sept Iles A 0.4498 0.6529 2.3279 0.0199 1.4993 0.1338-0.0079 0.9937 E7Ste Rose 1.1679 0.2429 3.0223 0.0025 2.4778 0.0132 0.6092 0.5424 E8 Trois- Pistoles 1.0101 0.3125 1.8702 0.0615 1.2468 0.2125-0.0837 0.9333 Région Hydroclimatique Sud-Ouest SW1 Chelsea 3.0306 0.0024 3.5113 0.0005 3.1426 0.0017 1.2944 0.1955 SW2 La Tuque -0.3709 0.7107 1.0574 0.2903 1.1837 0.2365 0.6173 0.5370 SW3 Nominingue 0.6410 0.5215 3.1301 0.0017 2.4332 0.0150 1.3566 0.1749 SW4 Shawville 2.6804 0.0074 3.8347 0.0001 3.5705 0.0004 0.4528 0.6507 SW5 St Alban 3.5844 0.0003 6.0985 0.0000 5.4326 0.0000 1.2819 0.1999 SW6St-Jérome 0.7654 0.4440 5.0717 0.0000 3.4164 0.0006 0.5165 0.6055
Résultats Résultats Spearman Sud-Est Tmax Tmin Tmoy Pluie r t r t r t r t Région Hydroclimatique Sud-Est SE1 Coaticook -0.0989 0.7634 0.3540 2.9071 0.4093 3.4453 0.4496 3.8657 SE2 Granby 0.1882 1.4081 0.5459 4.7877 0.0291 0.2233 0.2807 2.2464 SE3 Les Cèdres 0.3198 2.5929 0.1284 0.9948 0.2410 1.9072 0.2003 1.5705 SE4 Magog 0.0600 0.4617 0.1336 1.0355 0.1296 1.0004 0.2941 2.3433 SE5 Milan 0.2817 2.2548 0.6192 6.0573 0.4714 4.1060 0.0790 0.6088 SE6 Montréal 0.2335 1.8442 0.2913 2.3386 0.2726 2.1764 0.0643 0.4945 SE7 Nicolet 0.1356 1.0513 0.1605 1.2493 0.1301 1.0081 0.1480 1.1396 SE8 Oka 0.1885 1.4618 0.0875 0.6688 0.1213 0.9387 0.2204 1.7208 SE9 0.1787 1.3836 0.0893 0.6884-0.1193 0.9230 0.0143 0.1096 Philipsburg SE10 St Malo 0.3549 2.9161 0.1418 1.1003 0.2428 1.9224 0.4225 3.5808 SE11 Valleyfield 0.4283 3.6407 0.1812 1.3909
Résultats Résultats Spearman Est et Sud-ouest Tmax Tmin Tmoy Pluie r t r t r t r t Région Hydroclimatique Sud-Est Région Hydroclimatique Est E1 Bagotville 0.3845 3.1992 0.3540 2.9071 0.4536 3.9100-0.0400 0.3073 E2 Mont Joli A 0.4014 3.2502 0.2561 1.9650 0.3647 2.9050 0.2614 1.9903 E3 0.0135 0.0967 0.5349 4.5208 0.1046 0.7510 0.3912 2.9450 Natashquan A E4 St Anne 0.1700 1.3253 0.4865 4.2772 0.3969 3.2227 0.2731 2.1435 E5 St Ephrem 0.4283 3.6407 0.3249 2.6391 0.3918 3.2713 0.2665 2.1236 E6 Sept Iles A 0.0556 0.3936 0.3379 2.5389 0.2062 1.4898 0.0129 0.0912 E7 Ste Rose 0.4432 3.7652 0.4098 3.1769 0.3046 2.2615 0.1195 0.8422 E8 Trois- Pistoles 0.1159 0.8248 0.2590 1.8958 0.1647 1.1810 Région Hydroclimatique Sud-Ouest 0.0077 0.0532 SE1 Chelsea 0.3693 3.0522 0.2939 2.3617 0.3712 3.0702 0.1717 1.3383 SE2 La Tuque -0.0431 0.3050 0.1524 1.0910 0.1447 1.0341 0.0893 0.6278 SE3 0.1811 1.4142 0.0764 0.5886 0.4570 3.9470 0.3378 2.7571 Nominingue SE4 Shawville 0.4112 2.9578 0.5909 4.8027 0.5575 4.4033 0.0624 0.4762 SE5 St Alban 0.4621 4.0021 0.7195 7.9586 0.6536 6.6326 0.1509 1.1726
Synthèse des résultats Régions Stations Tmax Tmin Tmoy Pluies Sud-Est 11 36.3 45.5 45.5 36.4 Est 8 50.0 87.5 75.0 37.5 Sud- Ouest 6 50.0 83.3 83.3 0.0 TOTAL 25 44.0 68.0 64.0 28.0
2. ANALYSE DES DATES ET DE NATURE DES RUPTURES DES MOYENNES
Résultats Tableau 5. Valeurs de Sn calculées et dates de changements de la moyenne pour les 4 variables climatiques (1950-2010) au moyen du Test de Lombard (Sud-est) Tmax Tmin Tmoy Pluie Sn T1-T2 Sn T1-T2 Sn T1-T2 Sn T1-T2 Région Hydroclimatique Sud-Est SE1 Coaticook 0.0064-0.2794 1951-2003 0.0981 1966-1967 0.1185 1972-1973 SE2 Granby 0.0330-0.1500 1966-1967 0.0666 1992-2002 0.0457 1969-1970 SE3 Les Cédre 0.0649 1994-1995 0.0174-0.0345-0.0229 - SE4 Magog 0.0083-0.0096-0.0113-0.0396 - SE5 Milan 0.0605 1992-1993 0.2250 1956-2010 0.1371 1992-1994 0.0046 - SE6 Montréal 0.0359-0.0713 1992-1998 0.0538 1992-2002 0.0020 - SE7 Nicolet 0.0154-0.0141-0.0112-0.0078 - SE8 Oka 0.0324-0.0186-0.0322-0.0409 1971-1972 SE9 Philipsburg 0.0044-0.0166-0.0021-0.0246 - SE10 St Malo 0.0837 1992-2002 0.0074-0.0293-0.1073 1960-1961 SE11 Valleyfield 0.0111-0.0449 1999-2000 0.0217-0.0399 - Les valeurs Sn du test de Lombard > 0.0403 sont statistiquement significatives au seuil de 5%. T1 et T2 correspondent respectivement aux années du début et de la fin de changement significatif de la moyenne de la série.
Résultats Tableau 6. Valeurs de Sn calculées et dates de changements de la moyenne pour les 4 variables climatiques (1950-2010) au moyen du Test de Lombard (Est) Tmax Tmin Tmoy Pluie Sn T1-T2 Sn T1-T2 Sn T1-T2 Sn T1-T2 Région Hydroclimatique Est E1 Bagotville 0.0861 1994-1995 0.0867 1992-1993 0.1274 1994-1995 0.0021 - E2 Mont Joli A 0.0918 1988-1989 0.0418 1986-2002 0.0799 1986-2002 0.0335 - E3 Natashquan A 0.1523 1969-1970 0.0081-0.0789 1993-1997 - - E4 St Anne 0.0227-0.1482 1992-1993 0.0973 1992-1993 0.0551 1963-1965 E5 St Ephrem 0.1240 1986-1999 0.0591 1992-1994 0.0975 1986-2002 0.0436 1965-1966 E6 Sept Iles A 0.0122-0.0572 1965-2001 0.0217 - - - E7 Ste Rose 0.0112-0.0801 1986-1998 0.0453 1986-2000 0.0028 - E8 Trois- Pistoles 0.0077-0.0336-0.0134-0.0012 - Les valeurs Sn du test de Lombard > 0.0403 sont statistiquement significatives au seuil de 5%. T1 et T2 correspondent respectivement aux années du début et de la fin de changement significatif de la moyenne de la série.
Résultats Tableau 7. Valeurs de Sn calculées et dates de changements de la moyenne pour les 4 variables climatiques (1950-2010) au moyen du Test de Lombard (Sud-Ouest) Tmax Tmin Tmoy Pluie Sn T1-T2 Sn T1-T2 Sn T1-T2 Sn T1-T2 Région Hydroclimatique Sud-Ouest SW1 Chelsea 0.0838 1994-1995 0.0605 1966-1967 0.0859 1965-1967 0.0157 - SW2 La Tuque 0.0018-0.0119-0.0068 - - - SW7 Natashquan A 0.1523 1969-1970 0.0081-0.0789 1993-1997 - - SW3 Nominingue 0.0093-0.1368 1983-1984 0.0806 1986-1987 0.0189 - SW4Shawville 0.0828 1970-1971 0.1660 1977-1983 0.1520 1965-1986 0.0042 - SW5 St Alban 0.1436 1986--1997 0.3018 1951-2003 0.2611 1986-1996 0.0138 - SW6 St-Jérome 0.0133-0.2385 1964-2007 0.1115 1994-1995 0.0039 - Les valeurs Sn du test de Lombard > 0.0403 sont statistiquement significatives au seuil de 5%. T1 et T2 correspondent respectivement aux années du début et de la fin de changement significatif de la moyenne de la série.
Régions 1950-1959 1960-1969 1970-1979 1980-1989 1990-1999 2000-2009 Températures maximales Sud-Est 0 0 0 0 2 1 Est 0 1 0 2 1 0 Sud-Ouest 0 1 1 0 2 0 Total 0 2 1 2 5 1 Températures minimales Sud-Est 0 1 0 0 1 3 Est 0 0 0 0 4 2 Sud-Ouest 0 1 0 2 0 2 Total 0 2 0 2 5 7 Températures moyennes Sud-Est 0 1 0 0 1 2 Est 0 0 0 0 3 3 Sud-Ouest 0 1 0 2 3 0 Total 0 2 0 2 7 5 Pluies Sud-Est 0 1 3 0 0 0 Est 0 2 0 0 0 0 Sud-Ouest 0 0 0 0 0 0 Total 0 3 3 0 0 0
Nature des changements par variable et par région hydroclimatique Tmax Tmin Tmoy Pluies Abrupte Graduel Abrupte Graduel Abrupte Graduel Abrupte Graduel Est 3 1 3 3 2 4 2 0 Sud-Est 2 1 2 3 2 2 4 0 Sud-Ouest 3 1 2 3 3 4 0 0 Graduel = >2 ans de changement
Résultats Température max. aux stations SE3, SE5 et SE10 de 1950 à 2010 (Lombard) 28 26 24 22 20 18 16 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 SE3 (Cèdre) SE5 (Milan) SE10 (St-Malo-d'Auckland)
Résultats 26 Température max. pour les stations E1, E2, E3 et E5 de 1950 à 2010 (Lombard) 24 22 20 18 16 14 12 10 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 E1 (Bagotville) E2 (Mont Joli) E3 (Natashquan A) S5 (St Ephrem)
Résultats Température max aux stations SW1, SW4, SW5 et SW7 de 1950 à 2010 (Lombard) 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 SW1 (Chelsea) SW7 (Natashquan) SW4 (Shawville) SW5 (St Alban)
Résultats 18 Température minimum aux stations SE1, SE2, SE5, SE6 et SE11 de 1950 à 2010 (Lombard) 16 14 12 10 8 6 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 SE1 (Coaticook) SE2 (Granby) SE5 (Milan) SE6 (Montréal) SE11 (Valleyfield)
Résultats 14 Température min. aux stations E1, E4 et E5 de 1950 à 2010 (Lombard) 13 12 11 10 9 8 7 6 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 E1 (Bagotville) E4 (St Anne) E5 (St Ephrem)
Résultats 16 Température min. pour stations SW1 et SW3 de 1950 à 2010 (Lombard) 14 12 10 8 6 4 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 SW1 (Chelsea) SW3 (Nominingue)
Résultats 900 Pluie totale aux stations E4 et E5 de 1950 à 2010 (Lombard) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 E4 (St Anne) E5 (St Ephrem)
Résultats Pluie totale aux stations SE1, SE2, SE8 et SE10 de 1950 à 2010 (Lombard) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 SE1 (Coaticook) SE2 (Granby) SE8 (Oka) SE10 (St-Malo-d'Auckland)
Conclusions
Les changements des températures et des pluies dépendent de deux facteurs suivants: 1. La variable climatique considérée : le changement affecte plus les températures minimales et moyennes que les températures maximales. Ainsi, le réchauffement nocturne est plus important que le réchauffement diurne. Les nuits deviennent de plus en plus chaudes. La quantité de pluies n a ni augmenté ni diminué dans de nombreuses stations. 2. Le réchauffement nocturne n est pas spatialement homogène au Québec méridional. Ce réchauffement est plus étendu spatialement dans les régions hydroclimatiques Est (au nord du 47 ème parallèle en rive sud) et Sud-Ouest en rive nord. 3. Ce réchauffement nocturne est survenu principalement pendant la décennie 1990. 4. Les changements de température n ont pas affecté la quantité de pluie du fait que le réchauffement nocturne est plus important que le réchauffement diurne qui peut favoriser les mouvements de convection.
Merci!