Comparaison de l'enneigement en Islande des produits satellitaires MODIS - Terra et MODIS - Aqua avec le modèle MAR lors de la période de fonte estivale

Abstract

L’accélération de la fonte du manteau neigeux occasionnée par le réchauffement climatique que nous connaissons de nos jours est un fait inévitable sur notre globe terrestre (Vaughan et al., 2013). Les conséquences de cette fonte sont nombreuses et auront des impacts sur l’ensemble du système Terre-Océan. Dans ce contexte bien spécifique, l’objectif de ce mémoire consiste à confronter des données satellitaires, relatives à l’étendue de la couverture neigeuse, avec des simulations d’enneigement fournies par le modèle climatique MAR (Modèle Atmosphérique Régional) et ce, lors de la période de fonte estivale de 2003 à 2011. Le but de cette comparaison sera d’évaluer la qualité et la précision du modèle quant à la représentation de la couverture neigeuse et permettra éventuellement d’améliorer les simulations de la variable d’enneigement du MAR. Le domaine étudié se voulait être un lieu peu exploré dans le monde scientifique et jouissant d’un climat polaire. Notre choix s’est porté sur l’Islande qui se situe juste à la périphérie du cercle polaire Arctique. Les produits satellitaires utilisés pour la comparaison sont les produits MOD10A2 (Terra) et MYD10A2 (Aqua) de MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Ceux-ci fournissent des images qualitatives, sur des périodes de 8 jours, de l’extension maximale de la couverture neigeuse à une résolution spatiale de 500 m. Les simulations d’enneigement du MAR sont, quant à elles, des données quotidiennes de hauteur de neige à 5 km de résolution spatiale. Préalablement à la confrontation, les produits satellitaires et les simulations devront subir divers traitements afin que celles-ci soient comparables. Notamment, l’exploitation de la complémentarité des données des produits MOD10A2 et MYD10A2 a permis de traiter et de réduire au maximum la couverture nuageuse présente sur ces images. La première analyse réalisée s’est portée sur l’étude et la comparaison du pourcentage mensuel de l’enneigement en Islande pour les images MAR et MODIS. La deuxième analyse s’est concentrée, par la suite, sur la comparaison de la représentation de la couverture neigeuse de MODIS et du modèle MAR. D’un point de vue général, la comparaison montre d’importantes similitudes entre le modèle MAR et les produits satellitaires MODIS que ce soit en termes d’enneigement mensuel mais aussi pour la représentation du manteau neigeux. Cependant, certaines régions ainsi que certaines périodes de la fonte estivale présentent quelques différences notoires et similaires pour toutes les années étudiées. En effet, alors que la période de fonte maximale de la couverture neigeuse (juillet) représente la période où MAR et MODIS sont le plus en accord, la période de reprise de neige au sol (septembre) est, quant à elle, la période où le modèle et les produits satellitaires sont le plus en désaccord pour la représentation du manteau neigeux. De plus, l’analyse montre également une sous-estimation importante de la neige simulée par MAR principalement dans le Sud-Ouest de l’île mais aussi sur les côtes de l’ensemble de celle-ci pour chaque année étudiée. A l’inverse, une surestimation de l’enneigement du MAR lorsque MODIS ne présente pas de neige est également à souligner dans le Nord de l’Islande. L’orographie simulée par le modèle à 5km de résolution explique ces différences régionales entre MAR et MODIS. En effet, celle-ci ne représente pas correctement le relief accidenté de ces régions en raison de sa résolution spatiale trop grossière.

The acceleration of the snowpack melting caused by global warming that we know today is an inevitable fact on our terrestrial globe (Vaughan et al., 2013). The consequences of this melting are numerous and will have impacts on the entire Earth-Ocean system. In this context, the purpose of this thesis is to confront satellite data, relative to the extent of the snow cover, with simulations of snow provided by the climate model MAR (Modèle Atmosphérique Régional) during the summer melting period from 2003 to 2011. The aim of this comparison will be to evaluate the precision of the model for the representation of the snow cover and will eventually improve the snow simulations of the model MAR. The area studied was intended to be a place little explored in the scientific world and enjoying a polar climate. Iceland, which is just on the outskirts of the Arctic Circle, was a good choice. The satellite data used for comparison are MOD10A2 (Terra) and MYD10A2 (Aqua) products from MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). These provide 8-daily qualitative pictures of the maximum extension of the snow cover at a spatial resolution of 500 m. The snow simulations of MAR are, for their part, daily snow depth data at 5 km of spatial resolution. Before the confrontation, the satellite products and the simulations will have to undergo various treatments. Notably, the exploitation of the complementarity of the data derived from MOD10A2 and MYD10A2 products made it possible to treat and reduce as much as possible the cloud cover present on these pictures. The first analysis has focused on the study and the comparison of the monthly percentage of snow cover in Iceland for MAR and MODIS pictures. Then, the second analysis has focused on comparing the representation of the snow cover for MODIS and MAR pictures. From a general point of view, the comparison shows important similarities between MAR and MODIS satellite products for monthly snowfall and also for the representation of the snow cover. However, some periods of summer melting and some regions have significant and similar differences for all years. Indeed, while the maximum melting period (July) represents the period when MAR and MODIS are the most in agreement, the period of the resumption of snow cover (September) is, for its part, the period where the model outputs and the satellite products are most at odds for the representation of the snow cover. In addition, the analysis also shows a significant underestimation of the snow simulated by MAR mainly in the South-West but also on the coasts of the island for each studied year. On the opposite, an overestimation of the snow cover of MAR when MODIS does not detect snow is also observed in nothern Iceland. The orography simulated by the model at a resolution of 5 km explains these regional differences between MAR and MODIS. Indeed, it does not correctly represent the rugged terrain of these regions because of its too coarse spatial resolution.