Développement d’un jeu de grille observationnelle pour effectuer le post-traitement des simulations selon la performance hydrologique

Le Québec a été frappé par d’importantes inondations en 2017 et 2019, ce qui a démontré la nécessité de mieux comprendre les risques d’inondations dans les rivières du Québec méridional. Dans ce contexte, le gouvernement du Québec souhaite être en mesure de délimiter les zones pour appuyer l’aménagement du territoire, tout en tenant compte des changements climatiques. 

Les simulations de débits futurs reposent en partie sur des simulations climatiques post-traitées. Des grilles d’observations interpolées, notamment celles de NRCan et celle de la Direction de la qualité de l’air et du climat (DQAC au MELCCFP), sont typiquement utilisées pour effectuer le post-traitement des simulations climatiques, pour la calibration des modèles hydrologiques et pour la reconstruction des débits historiques. De nombreux problèmes dus à ces grilles ont été soulevés ces dernières années, notamment une sous-estimation des extrêmes de précipitation.

Objectif principal : Produire un jeu données météorologiques historique (1970-2018) sur grille à l’échelle journalière combinant les données de sources diverses (observations, réanalyses, données satellites).

Objectifs spécifiques : 

• Dresser une liste exhaustive des produits climatiques disponibles;

• Proposer une approche combinant les observations aux données d’autres produits climatiques;

• Évaluer la performance climatique des produits mentionnés ci-dessus;

• Évaluer la performance hydrologique des produits mentionnés ci-dessus.

• Développer une version adaptée de la méthodologie qui a été créé pour la production des grilles de précipitations MSWEP, combinant des données de sources multiples;

• Développer un algorithme pour la production de grilles de températures combinant des données de sources multiples;

• Créer des grilles journalières de précipitations, températures minimales et températures maximales. Le jeu de données, nommé GRNCH-QC, couvre la période temporelle 1970-2019 à une résolution spatiale de 0,1o;

• Évaluer la performance climatique de GRNCH-QC en le comparant, suivant divers indices, aux grilles de la DQAC, aux grilles MSWEP V2 et aux grilles individuelles intégrées dans GRNCH-QC;

• Évaluer la performance hydrologique de GRNCH-QC pour le calage et la validation de GR4J et HMETS.

Le tableau 1 donne un aperçu des produits climatiques qui ont été utilisés pour la production de GRNH-QC. Ces deniers incluent des données des stations (S), des données de réanalyses (RA) et des données satellitaires (SAT). Étant donné les couvertures temporelles variables entre les différents produits, GRNCH-QC a été divisé en quatre sous-périodes (P1 : 1970-80, P2 : 1980-2000, P3 : 2001-17, P4 : 2018-19). Les produits de température pris en compte au cours de chacune des sous-périodes apparaissent en rouge et les produits de précipitation pris en compte apparaissent en bleu. La période P3 est celle qui intègre la plus grande diversité de produits climatiques.

La figure 1 ci-dessous montre une comparaison entre les séries temporelles de précipitations journalières observées à 40 stations du Québec et celles des jeux de données GRNCH-QC, GCQ (grilles climatiques de la DQAC) et MSWEP V2 (les séries sont prises aux points de grilles correspondant aux 40 stations pour ces trois jeux de données). Notons qu’aux fins de cette comparaison, les 40 stations ont été retirées de la production de GRNCH-QC alors qu’elles sont évidemment incluses dans GCQ et, possiblement, dans MSWEP v2 (il n’est pas possible de le vérifier). Trois indices sont utilisés, soit la corrélation, la racine carrée de l’erreur quadratique moyenne et le ratio des variances. Chacune des boîtes à moustaches montre la distribution des résultats pour les 40 sites (stations-points de grilles). Les résultats montrent que GRNCH-QC surpasse MSWEP et offre une performance qui s’approche de celle de GCQ (qui inclut les 40 stations). 

La figure 2 ci-dessous donne un aperçu des résultats obtenus, en validation, avec les modèles hydrologiques HMETS et GR4J dans 105 bassins versants du Québec. La métrique de calage utilisée est le KGE. Chaque point présente une différence de KGE entre l’utilisation des données de GRNCH-QC et celles de GCQ. La prédominance de la couleur rouge montre l’avantage de GRNCH-QC, en particulier dans les bassins versants situés dans des régions où les données aux stations sont rares, notamment dans le Nord du Québec et au Labrador.

Ce projet a été financé par Ouranos dans le cadre du soutien à l’initiative INFO-Crue du MELCCFP.

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