Supervision par :

Alexandre Roy (Membre régulier)

Co-supervision par :

Oliver Sonnentag (Membre régulier)

Description du projet de recherche

Suivi des traits hydrauliques des arbres à partir des produits de la profondeur optique de la végétation (VOD) issus des observations micro-ondes passives: cas de la forêt boréale

Introduction: La caractérisation du fonctionnement hydraulique des arbres en forêt boréale Canadienne est essentielle pour comprendre la vulnérabilité de la forêt face aux changements climatiques, notamment les périodes de sécheresse, des températures extrêmes et des cycles gels-dégels. Le contenu en eau de la végétation constitue un paramètre clé pour le suivi de l’évolution de l’état hydrique des arbres, qui pourrait conditionner la productivité de nos forêts. Durant les dernières décennies, différentes études sont réalisées avec des radiomètres micro-ondes passives pour la caractérisation de la végétation à l’échelle globale et une forte fréquence de revisite. Ces travaux ont prouvé la pertinence des radiomètres pour l’étude de la biomasse aérienne et de l’état hydrique de la végétation, en particulier en bande-L. Dérivée des micro-ondes passives, la profondeur optique de la végétation (VOD, Vegetation Optical Depth) a montré sa forte sensibilité au contenu en eau de la végétation. Objectifs: Dans ce contexte, nous proposons d’analyser le potentiel des produits VOD à restituer les caractéristiques hydrauliques spécifiques de la forêt boréale. Pour cette analyse, nous allons considérer les variations interannuelles et saisonnières des produits VOD dérivés de différents radiomètres en bande L (SMOS et SMAP) Sites d'études: Nous exploitons une large base de données in situ provenant de 21 sites de recherche en forêt boréale, qui s’étend sur toute la largeur du Canada. Sur plusieurs de ces sites, nous disposons des mesures continues de la densité du flux de sève (sonde à dissipation thermique), de la teneur en eau de la tige (réflectométrie de domaine fréquentiel) et du diamètre (dendromètre automatique de circonférence). Une autre série de données météorologiques et environnementales est disponible et acquise au pas de temps de la demi-horaire, notamment la vitesse et la direction du vent, les précipitations, l'humidité et la température du sol à différentes profondeurs, l'épaisseur de la neige, le rayonnement net, la température de l'air et l'humidité relative, etc., ainsi que des relevés répétés des conditions du pergélisol (comme la profondeur du gel) et de la structure de la végétation (telle que l'indice de surface foliaire). Matériel et méthodes: En première partie, nous travaillons sur l’optimisation de l’inversion de modèle SMOS-IC en forêt boréale (déterminer une nouvelle paramétrisation de la rugosité du sol, des paramètres de la végétation, de l’albédo, intégration de la fraction d’eau dans le calcul de la température de brillance du sol...) afin d’obtenir de meilleures inversions de VOD et d’humidité du sol. En deuxième partie, nous allons établir des relations empiriques entre les produits SMOS et SMAP L-VOD et les traits hydrauliques des arbres (en particulier la croissance en diamètre du tronc, flux de sève brute, potentiel hydrique du sol/végétation…). En outre, les produits d’humidité du sol dérivés de SMOS et SMAP seront analysés comparativement à nos mesures terrain. Résultats attendus: Il est reconnu que les produits satellitaires micro-ondes d’humidité et d’épaisseur optique de la végétation (VOD) offrent des résultats assez faibles en forêt boréale. De nouvelles valeurs calibrées des paramètres de rugosité du sol et d'albédo de simple diffusion seront définies sur la base des comparaisons des humidités simulées par le modèle et observées sur de nombreux sites en forêt boréale. Ces valeurs permettent ainsi de produire des estimations de VOD mieux corrélées et proportionnelles aux traits hydrauliques des arbres notamment les mesures de diamètre et de sève brute du tronc qui sont directement liées à la teneur en eau des arbres. Une meilleure corrélation des produits SMOS-IC (humidité et VOD) devrait être observée en intégrant la fraction d’eau dans le calcul de la température de brillance du sol au sein du modèle. Les estimations améliorées de l’état hydrique de la végétation, par le biais de VOD, serviront à améliorer la description de l’hydraulique des arbres dans un modèle d'estimation des flux (CLASSIC, Canadian Land Surface Scheme), pour une meilleure adaptation aux effets des changements climatiques extrêmes.

Coordonnées des sites de recherche