Co-supervision par :

Alexandre Langlois (Membre régulier)

Description du projet de recherche

Utilisation de radars à ondes continues modulés en fréquence en bandes ku pour la télédétection de l’équivalent en eau de la neige au sol pour l’hémisphère nord.

Introduction: Les changements climatiques sont un défi majeur de ce siècle, avec des effets sur les communautés humaines, allant des phénomènes climatiques extrêmes à une perte de biodiversité due à la perturbation des écosystèmes. Ces impacts sont particulièrement marqués aux pôles, notamment en Arctique, où les températures augmentent quatre fois plus vite qu'ailleurs. Cela affecte la cryosphère, en particulier le manteau neigeux, essentiel pour l'écosystème et les communautés humaines. L'eau stockée sous forme de neige, mesurée par l’équivalent en eau de la neige (EEA), constitue une réserve d'eau douce pour les rivières et lacs, importante pour les systèmes hydroélectriques et la prévention des crues. Cependant, aucune méthode à grande échelle ne permet aujourd'hui de mesurer l'EEA. Ce projet, en partenariat avec Environnement et Changement climatique Canada (ECCC), teste des solutions avec des radars et un modèle de transfert radiatif pour évaluer cette quantité. Objectifs: Deux objectifs ont pour l’instant été définis. Dans un premier temps nous étudierons la sensibilité des radars aux caractéristiques de manteaux neigeux et à l’arrangement de la matrice de glace qui le compose. Cet arrangement est appelé microstructure et tiendra une place centrale dans cet objectif. Effectivement, l’idée est de pouvoir relier des quantités mesurées par les radars, à savoir des distances et des ratios de rétrodiffusions, à des quantités mesurables de la microstructure, par exemple la densité et la taille de grain. Le second objectif est de développer un algorithme de télédétection de l’EEA à partir des données radars et de connaissances a priori sur le manteau neigeux. L’enjeu principal de cet objectif est de créer une méthode efficace pour la diversité de manteau neigeux présent sur l’hémisphère nord, depuis les manteaux arctiques jusqu’aux manteaux alpins. Sites d'études: Le travail sera réparti sur trois sites d'études, couvrant une large gamme d'épaisseur de neige, de microstructure et de climat : le Parc national des Glaciers (neige alpine, BC) ; Trail Valley Creek (neige subarctique, NWT) et Ikaluktutiak (neige arctique, Cambridge Bay, NU). Le site d’Ikaliktutiak a été choisi en raison de la longue collaboration entre notre équipe de recherche (Groupe de Recherche Interdisciplinaire sur les Milieux Polaire - GRIMP), en particulier de A. Langlois, avec cette communauté. Il présente de plus un intérêt spécifique pour notre sujet en raison des spécificités du manteau neigeux qu’on y trouve. Celui-ci présente usuellement une couche basale avec une microstructure caractéristique appelée givre de profondeur. Cette structure, qui constitue un défi pour les modélisateurs, est répandue sur une grande partie du globe. Il est donc essentiel de bien comprendre comment le signal micro-onde y est sensible. Matériel et méthodes: Des données sur le manteau neigeux seront collectées selon la méthode usuellement utilisée pour les mesures de puits de neige. Ces données seront ensuite utilisées pour reproduire les mesures radar grâce au modèle de transfert radiatif dans la neige SMRT. SMRT nous permet d’obtenir un σ₀ théorique, une grosse partie du travail consistera à comprendre d’où viennent les éventuelles différences entre les mesures et les simulations et de trouver les bons paramètres pour réduire celles-ci. Résultats attendus: Un des résultats attendus de ce projet est l'expansion du travail du GRIMP, entamé en 2014, par le développement d’un ensemble de données sur les profils de manteau neigeux arctique. Ce nouvel ensemble comprendra des profils de température, de densité et de taille de grain (mesurée par SSA avec IRIS). Il sera enrichi par de nouveaux profils collectés sur divers sites d'étude ainsi que par des mesures radar effectuées au-dessus du manteau neigeux. Les fréquences des radars ont été choisies pour leur sensibilité spécifique au manteau neigeux. Ainsi, nous espérons pouvoir reconstituer le manteau neigeux et sa microstructure en utilisant les données radar et les techniques de modélisation inverse avec le modèle SMRT.

Coordonnées des sites de recherche