Modélisation des changements d'échelle et prise en compte des hétérogénéités de surface et de leur variabilité spatiales dans les interactions sol-végétation-atmosphère - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1999

Modelling scale transfers and taking into account the surface heterogeneity and their spatial variability in the soil-vegetation-atmosphere interactions

Modélisation des changements d'échelle et prise en compte des hétérogénéités de surface et de leur variabilité spatiales dans les interactions sol-végétation-atmosphère

Résumé

This study presents and evaluates a few methodologies for scaling the water and energy balance processes at the surface of the continents. The main objectives are i) to evaluate the impact of partial surface vegetation cover and surface parameters variability on the Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer (SVAT) modelling and ii) to introduce some scaling methods to link the model formalism and parameters between the point scale and the regional scale (upscaling). We first tried to find the appropriate representation of patchy vegetated surface functioning (small-scale heterogeneity). Partially vegetated surfaces are classically described by “dual source” SVAT models where standing vegetation and the underlying substrate are organised the one above the other. This proves to be unrealistic when large fractions of bare soil interact directly with the atmosphere. We investigated the threshold value of a roughness index for which the substrate and the vegetation have to be described as a “mosaic”, i.e. side by side. On a larger scale, a Statistical Analysis has been performed to evaluate the impact of parameter variability on the seasonal and annual water balance for a medium size water catchment located in Australia. Aggregation rules aiming at deriving effective parameters representative of the regional scale have been verified or invalidated. Then the one-dimensional representation of the SiSPAT (Simple Soil Vegetation Atmosphere Transfer) SVAT model has been extended with the help of a stochastic and a deterministic distributions and compared with equivalent hydrological representations. As an alternative to the complexity of the SiSPAT SVAT model, a simple parameterisation of the main land surface processes has been developed and partially evaluated. This analytical scheme holds some promise for scaling applications.
Ce travail présente et évalue quelques développements méthodologiques de changement d'échelle dans la description des échanges d'eau et d'énergie à la surface des continents. L'étude est motivée par deux objectifs principaux : i) évaluer l'impact dans la modélisation des Transferts Sol-Végétation-Atmosphère (TSVA) de l'hétérogénéité des couverts végétaux et de la variabilité des caractéristiques de l'interface SVA, et ii) proposer des méthodes de transfert des formalismes et des paramètres de l'échelle locale vers l'échelle régionale. Dans un premier temps, nous avons cherché une représentation adéquate de l'hétérogénéité à très petite échelle de la couverture végétale. Les couverts épars sont souvent décrits au moyen de modèles TSVA « double-source » où le substrat et la végétation épigée sont couplés dynamiquement et organisés en deux couches superposées. Un indice de rugosité a été utilisé pour discriminer le taux d'éparsité à partir duquel une description « mosaïque », où substrat et végétation fonctionnent comme de simples sources juxtaposées horizontalement, devient nécessaire. Une Analyse Statistique a ensuite été conduite à l'échelle du paysage et à l'aide du modèle SiSPAT (Simple Soil Plant Atmosphere Transfer model) pour évaluer la sensibilité sur la saison puis l'année des diverses composantes du cycle de l'eau aux variations des paramètres de l'interface SVA. Quelques règles d'agrégation des paramètres pour relier les paramètres locaux à un paramètre « effectif » représentatif de la région ont été vérifiées ou invalidées par cette méthode. Pour régionaliser la représentation mono-dimensionnelle verticale, les distributions spatiales déterministes et stochastiques du modèle SiSPAT ont enfin été développés puis testés pour un bassin versant Australien au relief peu contrasté. Pour s'affranchir de la complexité analytique du modèle SiSPAT lorsque l'on s'intéresse à la spatialisation des processus, un schéma analytique simple de type capacitif a été construit et partiellement évalué.
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Dates et versions

tel-00172979 , version 1 (18-09-2007)

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Citer

Gilles Boulet. Modélisation des changements d'échelle et prise en compte des hétérogénéités de surface et de leur variabilité spatiales dans les interactions sol-végétation-atmosphère. Hydrologie. Université Joseph-Fourier - Grenoble I; CNRS; IRD; Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 1999. Français. ⟨NNT : 1999GRE10038⟩. ⟨tel-00172979⟩
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