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Évolution des caractéristiques des structures spatiales de précipitations sur l'Amérique du nord dans un contexte de changements climatiques.

Guinard, Karine (2014). Évolution des caractéristiques des structures spatiales de précipitations sur l'Amérique du nord dans un contexte de changements climatiques. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 134 p.

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Résumé

L'augmentation de la température à l'échelle de la planète entraîne des changements dans le régime global des précipitations. Une hausse de la fréquence et de l'intensité des précipitations extrêmes pouvant avoir de nombreuses conséquences (p. ex. inondations, érosion des sols, refoulement des eaux en milieu urbain), il est essentiel de bien comprendre la nature et l'ampleur de ces changements. La plupart des études publiées à ce jour sur le sujet ont analysé des séries temporelles de précipitations. Dans la présente étude, les changements sont plutôt analysés à partir des structures spatiales de champs de précipitations horaires. Chaque structure de précipitations, définie comme une zone contiguë de précipitations supérieures à un seuil donné, est analysée à travers diverses caractéristiques géométriques (superficie, longueur des axes principal et secondaire, excentricité, orientation) et d'intensité (volume de précipitations, intensités maximale et moyenne, distribution des précipitations au sein d'une structure). L'analyse par objets, largement utilisée dans le domaine de la prévision météorologique, se révèle appropriée pour identifier et caractériser les structures de précipitations. Les présents travaux visent principalement à caractériser l'évolution des structures de précipitations en climat futur en utilisant des simulations du Modèle régional canadien du climat (MRCC) sur l’Amérique du Nord. Le premier volet de l'étude consiste à évaluer la performance du MRCC à représenter les structures de précipitations observées en climat historique en comparant une simulation du MRCC piloté par la réanalyse ERA40 avec des observations (NCEP Stage IV) et avec des simulations du MRCC piloté par le Modèle climatique global canadien (MCGC). Le second volet utilise des simulations historiques (1961-1990) et futures (2071-2100) du MRCC piloté par le MCGC pour établir les changements projetés en climat futur concernant les caractéristiques des structures de précipitations. Les résultats montrent que le MRCC présente certains biais systématiques sur l'ensemble du territoire à l'étude. Ainsi, le MRCC génère des structures de précipitations trop homogènes, avec des volumes et des intensités trop faibles. De plus, le pilote aux frontières du domaine (ERA40 ou :MCGC) influence légèrement la représentation des structures par le MRCC pour le centre et l'est du continent. Finalement, les changements projetés à l'horizon 2071-2100 suggèrent un climat plus humide au nord l'hiver, plus sec au sud le printemps, plus convectif au centre Pété et plus humide au sud-est l'automne.

Abstract

Increases in temperature at the planet scale lead to changes in the global precipitation regime. A rise in the frequency and intensity of extreme precipitation events can have numerous consequences (e.g.floods, land erosion, urban water backflow), so it is essential to understand the nature and extent of these changes. Most studies published to date on the subject analyzed precipitation time series. In the present study, changes are analyzed using spatial structures of hourly precipitation fields. Each precipitation structure, defined as a contiguous area of precipitation over a given threshold, is analyzed through various geometric characteristics (area, major and minor axis lengths, eccentricity, orientation) and intensity characteristics (precipitation volume, maximum and mean intensities, precipitation distribution within a structure). Object-based analysis, widely used in the field of weather forecasting, proves to be appropriate to identify and characterize precipitation structures. The present work mainly aims to characterize the evolution of precipitation structures in future climate using simulations from the Canadian Regional Climate Model (CRCM) over North America. The first part of the study assesses the CRCM performance to represent observed precipitation structures from historical climate by comparing a CRCM simulation driven with ERA40 reanalysis with observations (NCEP Stage IV) and with CRCM simulations driven by the Canadian Global Climate Model (CGCM). The second part uses historical simulations (1961-1990) and future simulations (2071-2100) from the CGCM-driven CRCM to establish projected changes in future climate regarding characteristics of precipitation structures. Results show that the CRCM displays some systematic biases throughout the territory under study. Thus, the CRCM generates precipitation structures that are too homogeneous and underestimates precipitation volumes and intensities. In addition, driving data for the domain (ERA40 or CGCM) slightly influence the representation of structures by the CRCM for center and eastern parts of the continent. Finally, projected changes at the 2071-2100 horizon suggest a climate characterized by a wetter north in winter, a drier southwest in spring, a more convective center in summer and a wetter southeast in autumn.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Mailhot, Alain
Co-directeurs de mémoire/thèse: Caya, Daniel
Mots-clés libres: structure spatiale; modèle régional du climat; méthode par objets; champ de précipitations; variabilité naturelle; climatologie; radar
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 mai 2014 20:39
Dernière modification: 20 nov. 2015 15:06
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2280

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