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24 pas été testé lors du projet Rhône-AGG). Comparée à la version standard d’ISBA, incluant seulement une paramétrisation de type VIC (Variable Infiltration Capacity, Dümenil et Todini 1992), ISBA-SGH se montre beaucoup moins sensible à la dégradation de la résolution. Elle fournit même à basse résolution (1°) des résultats supérieurs à ceux obtenus à haute résolution (8km) avec ISBA standard, pour peu que l’on s’intéresse aux débits des stations ayant une aire de drainage suffisante pour que cette comparaison ait un sens. Par ailleurs, l’approche Topmodel mise en œuvre dans ISBA-SGH décrit de manière plus explicite l’influence du relief sur la répartition sous-maille de l’HS et ne nécessite pas une calibration par bassin comme la paramétrisation VIC utilisée dans l’expérience de contrôle. Fig. 2.6: Impact de la physique et de la résolution horizontale sur la qualité des débits quotidiens simulés sur le bassin du Rhône. Les distributions cumulées des efficiences (critère de Nash) des débits simulés en 88 stations réparties sur les différents sous-bassins sont comparées pour des simulations à haute (8km en trait continu) et basse (1° en tirets) résolution, avec la version standard d’ISBA (dt92 en noir) et la nouvelle version (SGH en rouge) incluant l’ensemble des paramétrisations sous-maille développées par Decharme et Douville (2006a). Dans l’encadré sont également présentées les distributions des aires de drainage par classe d’efficience. De manière attendue, les plus fortes efficiences sont obtenues à haute résolution et sur les aires de drainage les plus importantes. Alors qu’il est évidemment impossible d’améliorer les débits simulés sur les petites aires de drainage lorsqu’on dégrade la résolution, on constate que la nouvelle physique s’avère plus performante que la version standard d’ISBA sur les principaux sous-bassins, non seulement à résolution équivalente, mais également lorsqu’on compare la basse (tirets rouges) et la haute résolution (trait continu noir). Toujours dans le cadre du programme international GEWEX, mais également de l’initiative ISLSCP 25 , la communauté scientifique internationale a lancé le programme GSWP 26 (Dirmeyer et al. 1999) afin de produire des climatologies globales d’HS et de flux de surface qui puissent être utilisées pour valider les modèles climatiques ou pour leur fournir des conditions aux limites plus réalistes 25 International Satellite Land Surface Climatology Project 26 Global Soil Wetness Project, http://www.iges.org/gswp
25 (Dirmeyer 2000, Douville et Chauvin 2000). Ce projet se situe dans la lignée des travaux de Mintz et Serafini (1992) qui avaient déjà produit une climatologie globale du contenu en eau du sol en forçant une équation de bilan hydrique par des données mensuelles de température et de précipitations. Il est cependant beaucoup plus ambitieux, de par la nature du forçage et des modèles employés. Des analyses atmosphériques corrigées par des climatologies mensuelles observées (et des cartes fixes ou mensuelles des paramètres sol-végétation) ont été préparées à la résolution de 1° afin d’intégrer différents MSC sur la période 1987-1988. Il faut néanmoins souligner que la qualité de ce forçage atmosphérique est très disparate en fonction du nombre et de la qualité des observations disponibles. En comparant les ruissellements annuels produits sur les grands bassins fluviaux aux observations du GRDC, Oki et al. (1999) ont mis en évidence une relation entre le réalisme des simulations et la densité des pluviomètres disponibles sur l’aire de drainage de la station considérée. J’ai assuré la participation du CNRM au projet GSWP. Outre la simulation de contrôle nécessaire à l’inter-comparaison des modèles, différents expériences de sensibilité ont été réalisés afin de tester l’influence globale d’une prise en compte simplifiée de la variabilité sous-maille des processus hydrologiques (Douville 1998). Ces résultats sont à l’origine du sujet de thèse proposé en 2002 à B. Decharme dans le cadre de l’ACI « Observation de la Terre ». Par ailleurs, la sensibilité du bilan hydrique simulé à la qualité des forçages a fait l’objet d’une étude spécifique sur le bassin de l’Amazone (Chapelon et al. 2002) consistant à tester un nouveau jeu de précipitations mensuelles (en collaboration avec l’IRD) ainsi qu’une nouvelle base de données sol-végétation (Ecoclimap). Les résultats ont montré une amélioration significative des débits simulés, soulignant la difficulté de valider finement les MSC avec les forçages du projet GSWP. L’inter-comparaison des simulations GSWP a également mis en évidence la difficulté de produire une climatologie « universelle » d’HS. Malgré l’utilisation de paramètres sol-végétation identiques, les contenus en eau simulés sont en valeur absolue très différents d’un modèle à l’autre. Ce résultat nous a incité à tester une méthode originale en vue de produire une climatologie de référence. Il s’agissait de mettre en œuvre une assimilation séquentielle « off-line » des observations de température et d’humidité à 2m en s’inspirant des travaux de Mahfouf et al. (1991). Nous reviendrons sur ce point au chapitre 2.3.3. Plus récemment, la phase 2 du projet GSWP a permis de réaliser de nouvelles simulations globales à 1° sur une période de 10 ans allant de Janvier 1986 à Décembre 1995. Le forçage atmosphérique est ici fourni au pas de temps tri-horaire grâce aux ré-analyses NCEP/DOE dont les principaux biais systématiques ont été corrigés à l’aide de climatologies mensuelles. Les paramètres sol-végétation sont tirés de la base de données ISLSCP2. Différentes études de sensibilité ont été proposées consistant à tester d’autres forçages atmosphériques ou à prescrire les paramètres solvégétation propres au MSC considéré. A l’instar du projet GSWP-1, les climatologies d’HS issues de l’inter-comparaison GSWP-2 montrent une large dispersion des modèles en valeur absolue. Néanmoins, les résultats sont beaucoup plus cohérents en terme de variations temporelles, qu’elles soient saisonnières ou inter-annuelles (Guo et Dirmeyer 2006). A l’occasion de notre participation à GSWP-2, nous sommes passés à la version à 3 couches hydrologiques du schéma ISBA (Boone et al. 1999). Nous avons d’abord fourni une simulation standard forcée avec les entrées par défaut (forçage B0 et paramètres ISLSCP2), ainsi qu’une simulation perturbée (forçage P3 sans correction de vent sur les précipitations tri-horaires et paramètres Ecoclimap). C’est cette dernière simulation qui a servi de référence pour évaluer le modèle ISBA-SGH développé par B. Decharme car les précipitations B0 semblaient largement surestimées sur certaines régions en raison de corrections excessives du « gauge undercatch ». La validation des paramétrisations a été effectuée de manière incrémentale et a essentiellement porté sur le ruissellement converti en débits grâce au modèle de routage TRIP utilisé dans sa configuration originale (un seul réservoir, vitesse uniforme et constante de 0.5 m/s, pas de couplage avec ISBA). Les résultats obtenus (Fig. 2.7) confirment l’importance des effets sous-maille pour la simulation des débits à l’échelle globale (Decharme et Douville 2007).
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