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Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des oueds du haut atlas de Marrakech( Télécharger le fichier original )par Abdelghani Boudhar Université Cadi Ayyad - Doctorat National 2009 |
II.3 Données expérimentalesII.3.1 Données météorologiquesLes données climatiques utilisées lors de cette étude ont été collectées par le réseau de stations pluviométriques et météorologiques de plusieurs organismes, tels que l'ORMVAH, l'ABHT, le CAF et la DREF (voir page vi pour la signification de ces acronymes). Dans la zone montagneuse, ce réseau a été considérablement renforcé au cours du projet SudMed par l'installation de six stations (OukaSM, Tachdert, Armed, Neltner, Imskerlbour et Asni) reparties dans le bassin versant de Rheraya ( Figure ýII ). Les données météorologiques issues de ces stations (température de l'air, précipitations, vitesse du vent, rayonnement global et humidité de l'air) ont été utilisées pour plusieurs études : i- Calibration et validation du modèle de spatialisation de la température de l'air. Les stations utilisées ici sont les six stations distribuées dans le bassin versant de Rheraya, c'est-à-dire la station CAF et les cinq stations installées dans le cadre du projet SudMed. Deux stations existent depuis 2003, Armed et OukaSudMed et trois autres depuis 2007 (Imskerlbour, Tachdert et Neltner) (Chapitre III). ii- Etudier les processus de fonte de neige à l'échelle locale (station Oukaimden SudMed) à l'aide du modèle de bilan d'énergie ISBA-ES et le modèle degré jour, ainsi que pour la spatialisation du modèle de fonte degré-jour (Chapitre V). iii- Estimation de l'apport des neiges aux débits des cinq sous bassins versants étudiés à l'aide du modèle hydrologique de fonte « SRM » sur la période de 2002 à 2005 (Chapitre VI). II.3.2 Données nivalesLe Tableau ýII présente une description détaillée des données climatiques et nivologiques disponibles nécessaires pour la modélisation des processus de fonte du manteau neigeux. Ces données sont classées en deux types : i) Données enregistrées en temps continu depuis l'année 2003 à la station d'Oukaimden. ii) Données ponctuelles mesurées in situ dans le plateau d'Oukaimden, acquises en 2007/2008.
Tableau ýII- : Données disponibles pour la modélisation de la fonte des neiges dans le site de l'Oukaimden Depuis l'hiver 2003, la station nivo-météorologique d'Oukaimden est installée sur le sommet de l'Oukaimden, à 3200 mètres d'altitude environ ( Figure ýII ). Celle-ci comprend des instruments de mesure de la température et de l'humidité de l'air à 2 mètres au dessus de surface du sol (thermo-sonde et hygromètre à condensateur), de la vitesse du vent à 2 mètres au dessus de la surface du sol (anémomètre à coupelles), du rayonnement solaire global (pyranomètre), des cumuls de précipitations (pluviomètre à augets basculeurs) et de la hauteur de neige (capteur acoustique). Les mesures, réalisées à chaque minute, sont moyennées sur 30 minutes. Les données semi-horaires sont ensuite sauvegardées localement. Nous disposons, pour ainsi dire, de données brutes. Dans les conditions météorologiques rencontrées à la station (Ta [-20°C, 20°C], va < 20 m.s-1) (Ta est la température de l'air, va est la vitesse du vent), les outils utilisés pour mesurer la température, l'humidité de l'air, la vitesse du vent et le rayonnement global sont relativement fiables et robustes. La qualité de ces données peut être qualifiée de bonne sauf pour les relevés de hauteur de neige et de cumul de précipitations qui présentent des artefacts, qu'il convient de corriger. Les mesures de l'albédo ne sont disponibles que pour les deux saisons 2004/2005 et 2005/2006.
Figure ýII- : Station météorologique de l'Oukaimden à 3200m d'altitude Afin de transformer les hauteurs de neige mesurées dans la station météorologique en équivalent en eau (Epaisseur de la lame d'eau qu'on obtiendrait en faisant fondre un couvert de neige), un modèle simulant les densités en continu est nécessaire. Ce dernier doit être calibré avec des mesures in situ. A cet effet, des mesures ponctuelles des densités et des hauteurs de neige on été effectuées durant la saison 2007/2008 dans le plateau d'Oukaimden à environ 3200m d'altitude ( Figure ýII ). Les points de mesures ont été choisis selon leurs accessibilités et aussi qu'ils soient loin des pistes de ski. Ils sont numérotés de 1 à 8, les six premiers sont alignés Nord-Sud et les deux autres points (7 et 8) se situent à proximité de la station météorologique. Les densités sont mesurées, selon des profils verticaux, au niveau du point 4, point situé dans un petit talweg où les hauteurs de neige sont approximativement plus élevées par rapport aux autres points. Les relevés ont été effectués avec un intervalle de temps variant de 19 jours au début de saison à 8 jours pendant la période de fonte avec une moyenne de 12 jours durant toute la période de mesure. Les relevés de neige ont été effectués à l'aide d'un cylindre métallique. À chaque point d'échantillonnage, trois carottes de neige sont prélevées dans un rayon d'environ 2 m autour du point original. L'échantillon est pesé sur place à l'aide d'une balance et l'équivalent en eau est obtenu directement (produit du poids et de la hauteur de l'échantillon). Le cylindre carottier utilisé nous permet aussi de mesurer l'épaisseur du couvert de neige, et sa densité peut être calculée. Les données de fonte journalière ont également été recueillies au moyen d'un lysimètre installé près de la station. Ce système n'a pas fonctionné comme prévu, les eaux gelées à l'intérieur de l'entonnoir collecteur ont empêché la circulation des eaux de fonte. Ces données n'ont donc pas été utilisées dans les analyses qui suivent. Cependant, elles sont utiles pour connaitre la date de drainage des eaux de fonte.
Figure ýII- : Situation des points de mesures des densités et des hauteurs dans le plateau d'Oukaimden à 3200m d'altitude Les valeurs moyennes des densités, hauteurs de neige et équivalent en eau à chaque point de mesure on été analysées. Ces valeurs sont très variables d'un point à un autre avec des hauteurs minimales de 10 à 28 cm et maximales de 120 cm (point 1). Les valeurs de densités sont faibles au début de saison (variant de 250 (point 6) à 300 kg/m3 (point 1)) et deviennent plus élevées à la fin de saison (entre 370 (point 2) et 450 kg/m3 (point 6)). Ces variations sont présentées dans le Tableau ýII sous forme de matrice de corrélation entre tous les points d'échantillonnage sur toute la saison entre les trois paramètres, densité, hauteurs et équivalent en eau. On note ici, une très faible corrélation (R²<0.2) entre les points 7 et 8 d'une part et le point 1 d'autre part. Ce dernier point est aussi faiblement corrélé avec la majorité des autres points (R²<0.6) sauf pour la hauteur avec le point 4 (R²=0.96). Cette différentiation du point 1 avec les autres points peut être expliquée par deux éléments, le premier sa situation près d'une piste de ski, ce qui provoque le tassement du manteau neigeux et par la suite l'augmentation de la densité et de l'équivalent en eau, le deuxième effet revient à la formation d'une grande masse de neige sous l'effet du vent lors des premiers événements neigeux, cette masse est restée gelée pendant une longue période. On remarque que la meilleure corrélation existe entre les points 3, 5 et 6 avec une corrélation moyenne de 0.72 pour les densités, de 0.79 pour les hauteurs et de 0.77 pour les équivalents en eau. Cette analyse de corrélation nous confirme le caractère hétérogène du manteau neigeux même à petite échelle.
Tableau ýII- : Matrices de corrélation des paramètres mesurés entre les huit points de mesure des hauteurs et des densités. Dans la station d'Oukaimden, la hauteur de neige est mesurée à l'aide d'un sondeur ultra-sonique SR-50 (Campbell, 2003) qui mesure la distance entre l'instrument et le sol, à partir de la durée qui s'est écoulée entre l'émission d'une impulsion ultrasonore dans un cône de 22° et le retour d'un écho. Or, la vitesse du son dans l'air varie avec la température. Il est donc impératif de corriger cet effet. Dans ce but, on a recours aux mesures de la thermo-sonde et on applique la formule fournie par le constructeur (Campbell, 2003) ( Équation ýII ). Où Hbrute est la hauteur de neige non corrigée et Ta est la température de l'air en (°C). En plus de la température, de nombreux facteurs environnementaux altèrent les performances de la sonde : la neige peu dense réfléchit moins le signal ; les averses de neige peuvent atténuer fortement l'impulsion sonore ; par fort vent, l'écho peut être rejeté hors de portée du capteur ; etc. (Campbell, 2003 ; Brazenec, 2005). Il en résulte un signal bruité par des variations de faibles amplitudes (quelques mm) et des pointes de l'ordre de 1.50 mètres qui se produisent lorsque le capteur ne reçoit pas de signal réfléchi. Pour corriger ces erreurs, nous avons mis en place un protocole de contrôle des données, conformément aux recommandations de Brazenec (2005) : o Les pointes sont détectées en comparant chaque donnée à la moyenne glissante d'amplitude 24 heures centrée sur l'observation. Si l'écart entre ces deux valeurs est supérieur à 2 fois l'écart type associé, la mesure est considérée comme aberrante et remplacée par une valeur obtenue par interpolation linéaire ; o Toutes les valeurs négatives sont filtrées ; o On applique finalement une moyenne glissante centrée d'amplitude 1 heure pour lisser les données. Cette méthodologie est effectuée pour les saisons 2003-2004 à 2007-2008. La Figure ýII illustre un exemple de résultats pour la saison 2007-2008.
Figure ýII- : Hauteurs de neige brutes vs corrigées (2003/2004) |
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