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Estimation de l’équivalent en eau de la neige à partir de mesures de température.

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Arbour, Guillaume (2017). Estimation de l’équivalent en eau de la neige à partir de mesures de température. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 70 p.

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Résumé

L’équivalent en eau de le neige ayant des répercussions impactant autant les sphères environnementale, économique et sociale, son estimation suscite toujours l’intérêt de la communauté scientifique. Cette étude a pour but de présenter une nouvelle méthode d’estimation de l’équivalent en eau de la neige afin de pallier aux désavantages des méthodes actuelles. L’équivalent en eau y est estimé par la résolution d’un problème inverse de transfert de chaleur dans la neige où le profil de densité est déterminé à partir de mesures de température. Les méthodes actuelles d’inversion appliquées au couvert de neige ne permettant pas l’obtention d’un profil de densité finement discrétisé, une nouvelle méthode de résolution du problème inverse de transfert de chaleur dans la neige est proposée. Les flux de chaleur dans la neige sont successivement estimés tout en comparant les profils de température calculés et observés au sein du couvert jusqu’à ce qu’un bon accord soit atteint entre ces derniers dans le but d’estimer les profils de conductivité thermique et de densité. Cette approche rend possible l’obtention d’un profil de densité finement discrétisé, permettant une estimation précise de l’équivalent en eau de la neige. Un cas synthétique a été construit afin de démontrer l’efficacité et la robustesse de la méthode. Il est démontré que les profils de conductivité thermique et de densité de la neige peuvent être récupérés à partir de mesures de température par l’approche proposée. La précision des paramètres estimés dépend par contre fortement de la précision des mesures de température. De plus, la connaissance du profil de température et des caractéristiques physiques de la neige précédemment estimées permet la détermination du flux de chaleur total aux frontières du couvert de neige, fournissant ainsi de l’information particulièrement utile pour l’étude des échanges énergétiques entre le sol, la neige et l’atmosphère.

Abstract

Impacting environmental, economic and social spheres, the estimation of the snow water equivalent still preoccupies the scientific community. The objective here is to propose a new method to estimate the snow water equivalent as an alternative to the current methods. The method estimates the snow water equivalent by solving an inverse heat transfer problem in the snow cover where the density profile is retrieved from temperature measurements. Current inversion methods applied to the snow cover don’t allow the recovery of a fine discretized density profile. Therefore, a new method to solve the heat transfer inverse problem in the snow cover is proposed. The approach successively estimates the heat flux in the snowpack while iteratively comparing computed and observed temperatures within the snow cover until a good agreement is reached in order to estimate the thermal conductivity and density profiles. A finely discretized density profile can be retrieved, thus allowing a precise estimation of the snow water equivalent. A synthetic case is built to demonstrate the method’s efficiency and robustness. It is shown that the snow thermal conductivity and density profiles can be retrieved from temperature measurements using the proposed approach. The accuracy of the retrieved parameters will depend strongly on the temperature measurements’ accuracy. Furthermore, the temperature measurements paired with the retrieved parameters allow the estimation of the total heat flux at the snow cover’s boundaries, providing useful information for energy balance investigation between soil, snow and atmosphere.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Chokmani, Karem
Co-directeurs de mémoire/thèse: Pasquier, Philippe
Mots-clés libres: équivalent en eau de la neige; température de la neige; problème inverse de transfert de chaleur; densité de la neige; conductivité thermique de la neige; inversion en régime transitoire; snow water equivalent; snow temperature; heat transfer inverse problem; snow density; snow thermal conductivity; transient inversion
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 10 mai 2018 15:25
Dernière modification: 10 mai 2018 15:25
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6960

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