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Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)
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MASTER THESIS
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Analyse multi-échelle de l'évolution des flux de chaleur sensible et latente échangés entre un écosystème forestier et l'atmosphère au moyen de la transformée en ondelettes continue

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Bitton, Jonathan ULiège
Promotor(s) : Charles, Catherine ULiège ; Heinesch, Bernard ULiège
Date of defense : 4-Sep-2019 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/7698
Details
Title : Analyse multi-échelle de l'évolution des flux de chaleur sensible et latente échangés entre un écosystème forestier et l'atmosphère au moyen de la transformée en ondelettes continue
Translated title : [en] Multi-scale analysis of the evolution of sensible and latent heat fluxes exchanged between a forest ecosystem and the atmosphere using continuous wavelet transform
Author : Bitton, Jonathan ULiège
Date of defense  : 4-Sep-2019
Advisor(s) : Charles, Catherine ULiège
Heinesch, Bernard ULiège
Committee's member(s) : Charles, Catherine ULiège
Heinesch, Bernard ULiège
Nicolay, Samuel ULiège
Language : French
Number of pages : 66
Keywords : [en] wavelet coherence
[en] Sensible heat
[en] latent heat
[en] energy partitioning
[en] eddy covariance
[en] temperate forest
[en] time series analysis
[en] wavelet analysis
[fr] chaleur sensible
[fr] chaleur latente
[fr] répartition énergétique
[fr] eddy covariance
[fr] forêt tempérée
[fr] analyse du signal
[fr] transformée en ondelettes
[fr] cohérence
Discipline(s) : Life sciences > Environmental sciences & ecology
Physical, chemical, mathematical & earth Sciences > Mathematics
Target public : Researchers
Professionals of domain
Student
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en bioingénieur : sciences et technologies de l'environnement, à finalité spécialisée
Faculty: Master thesis of the Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)

Abstract

[fr] Les écosystèmes terrestres dissipent l’énergie incidente sous deux formes principales
qui sont caractéristiques de leur fonctionnement : la chaleur sensible (H) et latente (LE).
La répartition de l’énergie disponible entre celles-ci détermine non seulement l’état
d’équilibre physiologique de tels systèmes mais également leur impact sur les
paramètres physiques de l’atmosphère environnant. Partant de ce constat, ce travail
propose d’investiguer la dynamique inter- et intra-annuelle des deux flux de chaleur
turbulents par l’étude de leurs interactions. Il a pour vocation à la fois d’identifier les
tendances présentes dans les évolutions temporelles des échanges de H et LE tout en les
rattachant aux processus éco-physiologiques sous-jacents qui affectent la distribution de
l’énergie disponible de l’écosystème. Dans cette optique, la transformée en ondelettes
continue, outil d’analyse temps-fréquence dont la prépondérance s’établit
progressivement dans le domaine climatique, a été implémentée. Le jeu de données se
constitue de 14 années de mesures de flux à la demi-heure de chaleur sensible et latente
récoltés par eddy covariance au-dessus d’une jeune hêtraie à Hesse, Nord-Est de la France.
Par le biais de la méthodologie précitée, il a été possible de déceler de nombreux
comportements périodiques à des échelles intermédiaires, comprises entre la journée et
l’année, sur toute l’étendue de la saison de croissance. Qui plus est, les variables
directrices des évolutions de H et LE ont pu être mises en évidence. Parmi celles-ci, le
rayonnement incident possède la corrélation la plus importante avec les deux flux. Par
ailleurs, la déplétion des réserves en eau du sol a été associée à d’importants
mouvements périodiques, aux échelles intermédiaires. Enfin, au départ de l’ensemble de
ces variables, des mécanismes fonctionnels propres aux écosystèmes forestiers tempérés
ont été déduits, illustrant globalement la grande résilience du système étudié. A terme,
ce travail propose d’explorer les perspectives d’analyses à long terme de mesures
micro-climatiques offertes par l’utilisation de la méthode de transformée en ondelettes
continue, qui est présumée devenir un outil de plus en plus prisé à l’aube du changement
climatique planétaire actuel.

[en] Terrestrial ecosystems dissipate incident energy in two main forms according to their
own characteristics : sensible (H) and latent (LE) heat. The distribution of available
energy between these forms determines not only the physiological equilibrium state of
such systems but also their impact on the physical parameters of the surrounding
atmosphere. Based on this observation, this study investigates the inter- and intra-annual
dynamics of both mentioned turbulent heat fluxes while taking their interactions into
account. Its purpose is to identify patterns in temporal evolution of H and LE exchanges
while linking them to underlying eco-physiological processes that affect the distribution
of ecosystem’s available energy. Following this perspective, the continuous wavelet
transform, a time-frequency analysis tool whose relevance is gradually being established
in the climate field, has been implemented. The dataset consists of 14 years of half-hourly
fluxes of sensible and latent heat obtained by eddy-covariance over a young beech forest
at Hesse, North-eastern France. By applying the above-mentioned methodology, it was
possible to detect many periodic behaviours at intermediate scales, ranging from days to
years, throughout the growing season. Moreover, the main drivers of H and LE fluxes
were highlighted. Among these, incident radiation has the highest correlation with both
fluxes. In addition, depletion of soil water content has been associated with large
periodic movements at intermediate scales. From these drivers, functional mechanisms
specific to temperate forest ecosystems were deduced, illustrating overall the high
resilience of the studied system. Ultimately, this work explores the opportunities of
long-term analyses of microclimatic measurements offered by the use of the continuous
wavelet transform, which is expected to become an increasingly popular tool at the dawn
of current global climate change.


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Author

  • Bitton, Jonathan ULiège Université de Liège > Gembloux Agro-Bio Tech

Promotor(s)

Committee's member(s)

  • Charles, Catherine ULiège Université de Liège - ULiège > Ingénierie des biosystèmes (Biose) > Biosystems Dynamics and Exchanges
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  • Heinesch, Bernard ULiège Université de Liège - ULiège > Ingénierie des biosystèmes (Biose) > Biosystems Dynamics and Exchanges
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  • Nicolay, Samuel ULiège Université de Liège - ULiège > Département de mathématique > Analyse - Analyse fonctionnelle - Ondelettes
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