mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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(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).