Supervision par :

Alexandre Roy (Membre régulier)

Description du projet de recherche

Suivi des flux de carbone des régions arctiques par télédétection satellitaire micro-onde multifréquence

Introduction: D’importantes incertitudes perdurent sur l’impact des propriétés de la neige et de la végétation sur l’évolution du régime thermique du pergélisol et il a été démontré que ces processus sont généralement mal pris en compte dans les modèles. Il est donc important de quantifier et comprendre comment ces puits de carbones évolueront avec les changements climatiques. La difficulté d’accès et l’étendue des milieux nordiques rendent leur étude ardue. Dans ces régions isolées, la télédétection satellitaire micro-onde est un moyen privilégié pour le suivi de ces changements puisqu’elle offre des données à haute résolution temporelle sur l’ensemble du territoire. La télédétection micro-onde est un outil particulièrement adapté au suivi de l’état de la végétation et du sol parce que les différentes fréquences micro-ondes ont des niveaux de pénétration de la végétation, du sol et de la neige variable ce qui permet d’obtenir de l’information sur l’état de ces différentes composantes. L’objectif principal de mon projet est d’améliorer le suivi des flux de carbone dans les régions arctiques au cours de la saison hivernale à l’aide de la télédétection micro-onde. La méthodologie sera d’abord validée au niveau du sol avant d’utiliser des données satellitaires. Sites d'études: Le travail de simulation sera d’abord développé sur des données in situ à Trail Valley Creek (Territoires du Nord-Ouest) et Cambridge Bay (Nunavut) en collaboration avec Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) et l’Université de Sherbrooke. Une série de radiomètres micro-ondes au sol (1,4; 11; 19; 37; 89 GHz) sera déployée à Trail Valley Creek et Cambridge Bay. Ces instruments seront installés de façon stationnaire pour obtenir des séries temporelles, mais pourront être mobiles afin d’étudier la variabilité spatiale des mesures radiométriques. Matériel et méthodes: Les séries temporelles de flux de carbones seront obtenues à partir de mesure de covariance des turbulences (flux de CO2), alors que les mesures mobiles de flux de carbone seront effectuées à partir de l’analyse en laboratoire d’échantillons récoltés sur le terrain. Une fois la méthodologie validée à partir des mesures au sol, les résultats du modèle écosystémique CLASS/CTEM (développé et utilisé par ECCC) seront contraints par des données satellitaires micro-ondes provenant des missions SMAP (Soil Moisture Active Passive), SMOS et AMRS2 pour quantifier l’importance du régime thermique des sols d’hiver sur les flux de carbone à travers l’Arctique. Les divers radiomètres de ces satellites opèrent aux mêmes fréquences que les radiomètres qui seront utilisés pour les mesures terrestres. Résultats attendus: En contraignant le modèle écosystémique CLASS/CTEM avec des données radiométriques de température de brillance (TB), ce projet vise à améliorer les résultats des simulations de température du sol et d’évolution du régime thermique des sols en toundra.  

Coordonnées des sites de recherche

Communications scientifiques

Mavrovic, A., Sonnentag, O., Lemmetyinen, J., Baltzer, J.L., Kinnard, C., Roy, A.R., 2023. Reviews and syntheses: Recent advances in microwave remote sensing in support of terrestrial carbon cycle science in Arctic–boreal regions. Biogeosciences, 20(14): 2941-2970. DOI: 10.5194/bg-20-2941-2023.

Mavrovic, A., Sonnentag, O., Lemmetyinen, J., Voigt, C., Rutter, N., Mann, P., Sylvain, J.-D., Roy, A.R., 2023. Environmental controls of winter soil carbon dioxide fluxes in boreal and tundra environments. Biogeosciences, 20(24): 5087-5108. DOI: 10.5194/bg-20-5087-2023.

Holtzman, N.M., Anderegg, L.D.L., Kraatz, S., Mavrovic, A., Sonnentag, O., Pappas, C., Cosh, M.H., Langlois, A., Lakhankar, T., Tesser, D., Steiner, N., Colliander, A., Roy, A.R., Konings, A.G., 2021. L-band vegetation optical depth as an indicator of plant water potential in a temperate deciduous forest stand. Biogeosciences, 18(2): 739–753. DOI: 10.5194/bg-18-739-2021.

Mavrovic, A., Pardo Lara, R., Berg, A., Demontoux, F., Royer, A., Roy, A.R., 2021. Soil dielectric characterization during freeze–thaw transitions using L-band coaxial and soil moisture probes. Hydrology and Earth System Sciences, 25: 1117-1131. DOI: 10.5194/hess-25-1117-2021.

Mavrovic, A., Madore, J.-B., Langlois, A., Royer, A., Roy, A.R., 2020. Snow liquid water content measurement using an open-ended coaxial probe (OECP). Cold Regions Science and Technology, 171, 102958. DOI: 10.1016/j.coldregions.2019.102958.

Roy, A.R., Toose, P., Mavrovic, A., Pappas, C., Royer, A., Derksen, C., Berg, A., Rowlandson, T., El-Amine, M., Barr, A., Black, A., Langlois, A., Sonnentag, O., 2020. L-Band response to freeze/thaw in a boreal forest stand from ground- and tower-based radiometer observations. Remote Sensing of Environment, 273, 111542. DOI: 10.1016/j.rse.2019.111542.

Mavrovic, A., Roy, A.R., Royer, A., Filali, B., Boone, F., Pappas, C., Sonnentag, O., 2018. Dielectric characterization of vegetation at L band using an open-ended coaxial probe. Geoscientific Instrumentation, Methods and Data Systems, 7(3): 195-208. DOI: 10.5194/gi-7-195-2018.

Rowlandson, T.L., Berg, A.A., Roy, A.R., Kim, E., Pardo Lara, R., Powers, J., Lewis, K., Houser, P., McDonald, K., Toose, P., Wu, A., De Marco, E., Derkson, C., Entin, J., Colliander, A., Xu, X., Mavrovic, A., 2018. Capturing agricultural soil freeze/thaw state through remote sensing and ground observations: A soil freeze/thaw validation campaign. Remote Sensing of Environment, 211: 59-70. DOI: 10.1016/j.rse.2018.04.003.

Roy, A.R., Royer, A., St-Jean-Rondeau, O., Montpetit, B., Picard, G., Mavrovic, A., Marchand, N., Langlois, A., 2016. Microwave snow emission modeling uncertainties in boreal and subarctic environments. The Cryosphere, 10(2): 623-638. DOI: 10.5194/tc-10-623-2016.