Comme exprimé en section 1.4.2, sur les trois sites morainiques, du Charquini, de l'Antizana et du haut bassin du Zongo, ainsi que sur le site local de la station automatique AWS-GLA-Zongo du glacier Zongo, les simulations locales des modèles CROCUS et CROCUS-ISBA ont été appliquées grâce aux séries de mesures météorologiques collectées par leurs AWS respectives. L'objectif de ce chapitre consiste donc à décrire comment ont été constitués, à partir de ces séries de mesures, les jeux des neuf paramètres météorologiques horaires d'entrée des modèles (température Tair et humidité relative RH de l'air, rayonnements atmosphériques de courtes longueurs d'ondes direct et diffus, SWin- ird et SWin-diff,et de grandes longueurs d'ondes LWin, vitesse horizontale du vent u, lame d'eau Pr et phase
φ
des précipitations, nébulosité du ciel N). Les quatre AWS, soumises à la rigueur des conditions climatiques de la haute montagne andine, ont connu des dysfonctionnements ou des pannes occasionnant des lacunes de mesures, partielles ou totales, temporaires ou permanentes, jusqu'à l'intervention des équipes locales en charge de leur maintenance. Ces pannes ou dysfonctionnements se sont produits sur des périodes de quelques heures à plusieurs semaines. Elles ont complexifié et grandement accrû le travail de constitution des jeux de forçages. Comme la qualité des modélisations est intimement dépendante de celle des paramètres météorologiques d'entrée et comme toutes critiques sur les paramètres de sortie des modèles doivent pouvoir s'affranchir "a maxima" de discussions potentielles sur la validité de leurs entrées, la constitution des forçages a été effectuée avec beaucoup de soin et un constant souci de rigueur17.Les méthodes de construction des forçages des modèles ont été tout d'abord développées sur le site expérimental du Charquini. Elles s'appuient sur celles [Lejeune et
Martin, 1995 ; Lejeune et Etchevers, 2001] pratiquées chaque année depuis 1993 sur le site du
laboratoire du Col de Porte (Alpes françaises, 45°30' N, 5°77' E, 1320 m) pour établir la base
de données nivo-météorologiques de la saison hivernale. Les méthodes appliquées sur le site du Charquini sont relatées de manière exhaustive dans une note de travail [Lejeune et al., 2003] et de manière plus synthétique dans un article [Lejeune et al., 2007b] qui figure en section 2.2. Cet article s'intitule "Constitution d'une base de données météorologiques sur un site andin de haute altitude : Le site du Charquini, 4795 m, Bolivie". Son objectif est de décrire le site de mesures de l'AWS-Charquini (du projet PNRH01-37) ainsi que son dispositif instrumental. Puis, les conditions météorologiques locales de la campagne d'étude (octobre 2001 – juillet 2003) sont comparées à celles du site alpin du Col de Porte. Cette comparaison permet de mettre en évidence les particularités climatiques peu communes de la haute montagne andine. Enfin, l'objet principal de l'article et de décrire les méthodes de construction de forçages pour des modèles physiques de simulation d'enneigement. Ces méthodes ont ensuite été portées et appliquées (et éventuellement adaptées) sur les sites du Zongo et de l'Antizana18. Dans la section 2.3, sont présentés les travaux spécifiques, de comblement des lacunes de mesures des deux AWS du haut bassin du Zongo, nécessaires à la constitution des forçages locaux sur les deux sites des AWS (moraine et glacier).
Caractéristiques des AWS du haut bassin du Zongo
Les caractéristiques des AWS des sites morainiques locaux du Charquini et de l'Antizana sont détaillées dans les articles [Lejeune et al., 2007a et 2007b] et [Wagnon et al., sous presse] (chapitre 3). Dans ces mêmes articles sont aussi présentées les caractéristiques géographiques et topographiques de ces deux sites, ainsi que leurs conditions climatiques locales.
Les emplacements des deux stations automatiques du Zongo sont pointés sur la Figure 1.2 (section 1.1.2.3). Les caractéristiques topographiques des lieux morainique et glaciaire sur lesquels elles sont installées sont discernables sur les photographies de la Figure 2.1. Dans ce qui suit, leurs caractéristiques instrumentales vont être précisées.
Les trois AWS des sites morainiques mesurent les mêmes paramètres météorologiques de surface. La plupart de leurs capteurs, robustes et de bonne qualité, sont identiques d'une AWS à l'autre. Les paramètres mesurés par ces stations sont :
• la température Tair et l'humidité relative RH de l'air (mesurées sous abri ventilé),
• la direction et la vitesse horizontale u du vent,
18 Sur ce site, le travail de constitution des entrées a été réalisé par Matthieu Lafaysse durant un stage de fin de d'études d'ingénieur co-encadré par Patrick Wagnon et moi-même.
• les rayonnements atmosphériques de courtes longueurs d'ondes SWin et ceux de grandes longueurs d'ondes LWin,
• la lame d'eau des précipitations.
b a
Figure 2.1. Stations automatiques de mesures météorologiques de surface du haut bassin versant du Zongo, a) station "moraine" AWS-ORE-Zongo de l'ORE GLACIOCLIM (5050 m), b) station "glacier" AWS-GLA-Zongo (5050 m).
Les trois stations mesurent aussi :
• le rayonnement de courtes longueurs d'ondes réfléchi par la surface SWout et celui de grandes longueurs d'ondes émis par la surface LWout,
• la hauteur de neige,
• les températures et les flux dans le sol à une ou plusieurs profondeurs.
• Les pluviomètres enregistreurs équipant ces trois stations sont tous identiques. Ce sont des pluviographes à pesée de marque Geonor (cf. section 1.1.2.5).
Tableau 2.1. Caractéristiques des stations automatiques de mesures météorologiques de surface du haut bassin du Zongo, moraine (AWS-ORE-Zongo) et glacier (AWS-GLA-Zongo).
Quantité mesurée
AWS moraine (5050m) Type capteur (hauteur)
AWS glacier (5050 m) Type capteur (hauteur)
Précision d'après le constructeur Centrale d'acquisition Campbell CR23X Campbell CR10X --
Géonor T-200B (1.75m) -- ± 0.1 mm Précis Mécanique R013030A (1.2m) -- ± 0.2 mm Précipitations mmeq.eau Totalisateur (1.4m) -- Vaisala HPM45C
Abri ventilé (1m) Abri ventilé (1.5m) Vaisala HPM45C ± 0.5°C Température de l'air
°C Pt100
Abri non ventilé (1m) ± 0.2°C
± 2% sur [0-90%] Humidité relative
% Vaisala HPM45C Abri ventilé (1m) Vaisala HPM45C Abri ventilé (1.5m) ± 3% sur [90-100%] Vitesse du vent
m s-1 Young 05103
(2.05m) Young 05103 (2.5m) ± 0.3 m s-1 Direction du vent
deg Young 05103 (2.05m) Young 05103 (2.5m) ± 3 deg Radiations courtes longueurs d'onde incidentes et réfléchies W m-2 Kipp&Zonen CM3 (0.9m) 0.305< l <2.8µm Kipp&Zonen CM3
(1.4m)0.305< l <2.8µm ± 10 % sur la somme journalière Radiations grandes
longueurs d'onde incidentes et émises par
la surface W m-2 Kipp&Zonen CG3 (0.9m) 5< l <50 µm Kipp&Zonen CG3 (1.4m) 5< l <50 µm ± 10 % sur la somme journalière Températures du sol °C Thermocouples Cu-Cst (-3, -10 et -30cm) -- ± 0.2 °C Flux de sol W m-2 Hukseflux HPF01 (-3cm) -- 60µV/ W m-2 Accumulation/Ablation
L'AWS-GLA-Zongo collecte les mêmes paramètres météorologiques (avec des capteurs identiques) que l'AWS-ORE-Zongo. Seules les lames d'eau de précipitations n'y sont pas mesurées. Elle mesure aussi les rayonnements SWout et LWout. En revanche, elle n'est pas équipée de capteur de hauteur de neige, de sondes de température dans le sol et de fluxmètres (puisque installée sur le glacier). Le Tableau 2.1 récapitule les caractéristiques des capteurs (hauteur par rapport à la surface, marque et type, précision "constructeur")19 des deux stations AWS-ORE-Zongo et AWS-GLA-Zongo.
On peut aussi noter que l'AWS-ORE-Zongo est équipée d'un appareil photographique automatique qui effectue des clichés quotidiens du glacier. En raison de problèmes divers de fonctionnement (et de vol de l'appareil), la seule période incluse dans notre période d'étude pendant laquelle la série de clichés est correctement continue (bien que moyennement exploitable, car les clichés sont d'une qualité assez médiocre) débute le 15 novembre 2005 et s'achève le 31 mars 2006.
Le protocole d'acquisition des données est similaire pour les quatre stations (AWS-Charquini, AWS-Antizana, AWS-ORE-Zongo et AWS-GLA-Zongo). L'ensemble de leurs capteurs effectuent des mesures toutes les dix secondes et leurs centrales d'acquisitions évaluent leurs moyennes demi-horaires (hormis les mesures de direction du vent et de pesée de la masse contenue dans les pluviographes Geonor, dont seules les valeurs instantanées sont mémorisées toutes les demi-heures).
Les équipes locales de l'IRD effectuent des visites de contrôle des dispositifs expérimentaux à une fréquence mensuelle. Ces visites permettent de déceler les dysfonctionnements les plus marquants des capteurs et d'y remédier le plus souvent. Lors de celles-ci, des sauvegardes des enregistrements collectés par les centrales d'acquisitions sont aussi réalisées.
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19 Les caractéristiques de l'AWS-Charquini sont récapitulées dans le tableaux 2.2 (section 2.2.2) et dans le tableau Table 1 (section 3.2.2.b), celles de l'AWS-Antizana figurent dans le tableau Table 1 (section 3.3.2.2).