Investigating the effect of Radiation and Temperature-index Models to simulate Snowmelt and Snow Water Equivalent from local to basin scale in the Moroccan High Atlas

Abstract

En montagnes du Haut Atlas Marocain, le manteau neigeux constitue une source d'eau vitale pour la population avoisinante. Sa fonte joue un rôle incontournable dans l'approvisionnement en eau; tout en fournissant de l'eau douce, pour l’irrigation des plaines arides en aval, de l'eau potable, et pour la production d’énergie hydroélectrique. Cependant, une bonne estimation de la contribution de la fonte des neiges au ruissellement est pertinente pour la gestion de l'eau. Dans ce contexte, l'évaluation de la fonte des neiges et de son équivalent en eau à l’aide des techniques de modélisation représente une approche utile pour le calcul du bilan hydrique ainsi que la prévision du ruissellement. En raison de la grande variabilité spatiotemporelle de la couverture neigeuse et du manque d'observations sur le terrain, l’estimation de la fonte des neiges reste une tâche complexe. Dans ce sens, l'utilisation de modèles conceptuels simples de la neige combinée à des données de télédétection constitue une approche fructueuse pour les études de neiges. Dans cette thèse, quatre modèles empiriques de neige sont testés et comparés pour simuler la fonte et l'équivalent en eau de la neige (EEN) sur deux échelles : (i) local à la station Oukaimeden-SM et (ii) spatial sur le bassin de Rheraya. Ces modèles sont : le modèle classique d'indice de température (TI) et trois modèles d'indice de température amélioré qui incluent respectivement le rayonnement potentiel en ciel dégagé (HTI), le rayonnement solaire incident (ETI-A) et le rayonnement solaire net (ETI-B). Les principaux aspects de la méthodologie mise en œuvre dans cette thèse sont les suivants (a) l'utilisation de différentes approches de calibration et de validation des modèles, (b) l'analyse de la sensibilité des paramètres des modèles, (c) la distribution des données météorologiques de forçage sur le bassin de Rheraya par une méthode d'interpolation combinée, (d) la combinaison des deux produits de surfaces de neige ’Terra et Aqua’ du spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS), (e) l'analyse de la sensibilité du seuil de conversion SWE-SCA. Les résultats obtenus à l'échelle locale, soulignent que les modèles améliorés par le rayonnement solaire sont plus performants du simple modèle d'indice de température (TI), en outre, qu’ils sont plus transférables d'une année à l'autre, lorsque les paramètres du modèle sont calibrés sur une seule année. Toutefois, les performances de l’ensemble des modèles sont plutôt similaires, quand ils sont calibrés sur une période plus longue. À l'échelle du bassin, les différences de performance du modèle sont globalement faibles, tout comme les différences de l’équivalent en eau et des taux de fonte simulés moyen du bassin. Cela s’explique par le fait que les variations topographiques des taux de fonte simulées par les modèles améliorés ont tendance à s'estomper, en plus de l'agrégation des sorties des modèles à la résolution MODIS, qui supprime la variabilité spatiale liée au rayonnement solaire. Cela souligne la nécessité de faire preuve de prudence lors de l'utilisation de produits satellitaires à moyenne résolution pour valider des modèles de neige spatialement distribués, une pratique largement utilisée dans la modélisation hydrologique de la neige. Nos résultats abordent des considérations centrales sur les performances des modèles, les v processus dépendant de l'échelle et la validation des modèles. Cette recherche devrait alors présenter un intérêt particulier pour les communautés de la neige et de l'hydrologie.