Personne :
Isabelle, Pierre-Erik

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Isabelle
Prénom
Pierre-Erik
Affiliation
Université Laval. Département de génie civil et de génie des eaux
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ncf12076543
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Sujet: Bilan énergétique (Géophysique) ×

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    Analyse de l'évapotranspiration et du bilan d'énergie de surface d'une forêt boréale humide aux échelles locales et régionales
    (2019) Isabelle, Pierre-Erik; Anctil, François; Nadeau, Daniel; Rousseau, Alain N.
    La forêt boréale recouvre 30% de la surface du Canada et 14% de la surface émergée de la terre. Les changements climatiques vont fortement l’affecter, et ces écosystèmes vont significativement impacter la climatologie et l’hydrologie mondiale avec des échanges importants d’eau, d’énergie et de carbone entre le sol et l’atmosphère. Il est maintenant crucial de bien comprendre le bilan d’énergie de surface sur ce biome pour efficacement prévoir son comportement et son évolution dans un climat changeant. Beaucoup d’études ont analysé le bilan d’énergie de la forêt boréale, mais des lacunes importantes subsistent : il y a peu d’études en terrain non plat, ou dans des zones recevant d’importantes précipitations, ou encore avec des mesures à des échelles spatiales variées, et encore moins des combinaisons de ces trois possibilités. Le principal but de cette thèse est d’attaquer ces lacunes de front en offrant l’analyse du bilan d’énergie et de l’évapotranspiration d’une forêt boréale humide couvrant une topographie prononcée, et ce à plusieurs échelles spatiales (point : ~m²; locale : ~ha; régionale : ~km²). Les résultats sont principalement basés sur une campagne de mesures ayant cours à la forêt Montmorency de l’Université Laval, à 80 km au nord de Québec, Canada. La forêt est une sapinière à bouleau blanc avec des arbres à divers degrés de maturité. Là, deux tours à flux mesurant tous les termes du bilan d’énergie sont installés depuis l’automne 2015. Trois objectifs spécifiques sont associés à trois échelles spatiales de mesure ou de modélisation dans un gradient allant de l’échelle ponctuelle vers l’échelle régionale. Dans un premier objectif, l’hétérogénéité spatiale du couvert forestier est caractérisée par des mesures de rayonnement solaire sous-canopée. Ensuite, l’évaluation de la densité de végétation permet de paramétrer un schéma de surface pour obtenir la variabilité de l’évapotranspiration et de ses composantes. Les résultats montrent que même si la transmission du rayonnement est très variable de point en point (entre 7% et 69% sur toute la saison), une moyenne spatiale à l’échelle locale représente bien la zone. Les résultats de modélisation indiquent qu’une forêt plus dense cause légèrement plus d’évapotranspiration totale, car elle évapore plus de précipitations interceptées et transpire plus. Une forêt plus dense évapore toutefois moins d’eau au sol, ce qui peut mener à une humidité du sol accrue dans des conditions de sécheresse momentanée.
  • Publication
    Accès libre
    Impacts of high precipitation on the energy and water budgets of a humid boreal forest
    (Elsevier, 2019-10-24) Isabelle, Pierre-Erik; Anctil, François; Nadeau, Daniel; Rousseau, Alain N.; Music, Biljana; Jutras, Sylvain
    The boreal forest will be strongly affected by climate change and in turn, these vast ecosystems may significantly impact global climatology and hydrology due to their exchanges of carbon and water with the atmosphere. It is now crucial to understand the intricate relationships between precipitation and evapotranspiration in these environments, particularly in less-studied locations characterized by a cold and humid climate. This study presents state-of-the-art measurements of energy and water budgets components over three years (2016–2018) at the Montmorency Forest, Québec, Canada: a balsam fir boreal forest that receives ∼1600 mm of precipitation annually (continental subarctic climate; Köppen classification subtype Dfc). Precipitation, evapotranspiration and potential evapotranspiration at the site are compared with observations from thirteen experimental sites around the world. These intercomparison sites (89 study-years) encompass various types of climate and vegetation (black spruces, jack pines, etc.) encountered in boreal forests worldwide. The Montmorency Forest stands out by receiving the largest amount of precipitation. Across all sites, water availability seems to be the principal evapotranspiration constraint, as precipitation tends to be more influential than potential evapotranspiration and other factors. This leads to the Montmorency Forest generating the largest amount of evapotranspiration, on average ∼550 mm y−1. This value appears to be an ecosystem maximum for evapotranspiration, which may be explained either by a physiological limit or a limited energy availability due to the presence of cloud cover. The Montmorency Forest water budget evacuates the precipitation excess mostly by watershed discharges, at an average rate of ∼1050 mm y−1, with peaks during the spring freshet. This behaviour, typical of mountainous headwater basins, necessarily influence downstream hydrological regimes to a large extent. This study provides a much needed insight in the hydrological regimes of a humid boreal-forested mountainous watershed, a type of basin rarely studied with precise energy and water budgets before.