Extreme Waves and Wave Run-up in Halifax Harbour under Climate Change Scenarios

The tendency for rising sea levels, combined with changes in the frequency and intensity of extreme storm events raises the potential for flooding and inundation of coastal locations such as Halifax Harbour, in the context of climate change. In this study, we consider three scenarios for extreme high water levels based on climate change scenarios and estimates for land subsidence, rising mean sea levels, and return period analysis for extreme events (from previous studies). We also investigate the effect of ocean waves on these estimates for extreme high water levels. Because the most damaging storm to make landfall in Nova Scotia over the last century was Hurricane Juan (2003), it was chosen to simulate the extreme case of storm-generated waves and wave run-up in Halifax Harbour. To simulate waves generated by Hurricane Juan, a nested-grid system consisting of two modern state-of-the-art operational wave models was used. High quality winds were used to drive the wave models, and the simulations used recently updated high resolution coastal bathymetry. Observed water elevation changes in Halifax Harbour were used in wave model simulations of Hurricane Juan. The Federal Emergency Management Agency's (FEMA) run-up model is used to estimate wave run-up elevation, which is validated with recorded high water observations along the coastline. Simulated waves and wave run-up elevations for Hurricane Juan suggest that the maximum significant wave heights at the mouth of the Harbour were 9.0 m, and the wave run-up was as high as 2.0 m along the shoreline of Halifax Harbour. In this way, we estimated the impact of waves and wave run-up on extreme high water elevations for three climate change scenarios in Halifax Harbour, under worst-case conditions. The sensitivity of these estimates is analyzed for different water level variations, wave propagation directions and shore slope profiles.

[Traduit par la rédaction] La tendance à la hausse du niveau de la mer de pair avec les changements dans la fréquence et l'intensité des événements de tempêtes extrêmes augmentent le risque d'inondation et de submersion à des emplacements côtiers comme le port d'Halifax dans le contexte du changement climatique. Dans cette étude, nous examinons trois scénarios de niveaux de hautes eaux extrêmes basés sur des scénarios de changement climatique et estimations de subsidence du terrain, l’élévation du niveau moyen de la mer ainsi que l'analyse de la période de retour d’événements extrêmes (faite lors d’études antérieures). Nous examinons aussi les effets des vagues de l'océan sur ces estimations de niveaux de hautes eaux extrêmes. Étant donné que la tempête la plus dévastatrice à avoir touché terre en Nouvelle–Écosse au cours du dernier siècle a été l'ouragan Juan (2003), c'est celle-ci que nous avons choisie pour simuler le cas extrême de vagues produites par une tempête et de remontée de vagues dans le port d'Halifax. Pour simuler les vagues produites par Juan, nous nous sommes servis d'un système à grilles imbriquées consistant en deux modèles de vagues opérationnels à la fine pointe de la technologie. Les modèles de vagues étaient pilotés par des données de vent de haute qualité et les simulations disposaient d'une bathymétrie côtière à haute résolution récemment mise à jour. Les changements observés d’élévation de l'eau dans le port d'Halifax ont été utilisés dans les simulations de l'ouragan Juan par les modèles de vagues. Nous utilisons le modèle de remontée des vagues de la Federal Emergency Management Agency (FEMA) pour estimer la hauteur des remontées, qui est validée par rapport aux observations de hautes eaux enregistrées le long de la côte. Les vagues et les hauteurs de remontée des vagues simulées pour l'ouragan Juan suggèrent que la hauteur significative maximale des vagues à l'entrée du port était de 9,0 m et la remontée des vagues atteignait 2,0 m le long de la côte du port d'Halifax. Nous avons de cette manière estimé l'impact des vagues et de la remontée des vagues sur l’élévation des hautes eaux extrêmes pour trois scénarios de changement climatique dans le port d'Halifax dans les conditions les plus défavorables. Nous analysons la sensibilité de ces estimations à divers changements de niveau d'eau, directions de propagation et profils de pente côtière.     

Declining Oxygen on the British Columbia Continental Shelf

The first thorough examination of oxygen concentrations in Canadian waters of the Pacific Ocean reveals several patterns in space and time. Sub-surface concentrations of oxygen tend to be lower in shelf waters than in deep-sea waters on the same isopycnal and lower in southern waters of the continental shelf than farther north. The lowest near-bottom concentration was 0.7 ml L^?1 (31 μmol kg^?1) in mid-shelf waters in summer off southwest Vancouver Island in the Juan de Fuca Eddy region. Oxygen concentration there declined at a rate of 0.019 ml L^?1 y^?1 (0.83 μmol kg^?1 y^?1) from 1979 to 2011. This decline is attributed mainly to changes in oxygen concentrations on the same density surfaces, rather than to changes in the depth of constant-density surfaces. A numerical simulation of ocean currents and nutrient concentrations in and surrounding the Juan de Fuca Eddy in summer reveals persistent upwelling into the centre of this eddy and slow bottom currents within the eddy. Upwelled water at bottom of the Juan de Fuca Eddy has water properties associated with the California Undercurrent on the 26.6 sigma-t surface at 200 m depth, where oxygen concentration is typically 2.0 ml L^?1 (87 μmol kg^?1) and declined at a rate of 0.025 ml L^?1 y^?1 (1.1 μmol kg^?1 y^?1) from 1981 to 2011, mainly as a result of changes on constant-density surfaces rather than to uplifting isopycnals. We propose that upwelling advects deep, oxygen-poor water onto the continental shelf bottom, and the slow bottom currents allow time for oxidation of organic material in bottom waters to further reduce the oxygen concentration.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Le premier examen approfondi des concentrations d'oxygène dans les eaux canadiennes de l'océan Pacifique révèle plusieurs configurations dans le temps et dans l'espace. Les concentrations d'oxygène sous la surface ont tendance à être plus faibles dans les eaux de la plate-forme continentale que dans les eaux de l'océan profond sur la même isopycne et plus faibles dans les eaux du sud de la plate-forme que plus loin au nord. La concentration la plus faible près du fond était de 0.7 ml L^?1 (31 μmol kg^?1) dans les eaux du milieu de la plate-forme en été au large du sud-ouest de l’île de Vancouver dans la région du remous de Juan de Fuca. Les concentrations en oxygène à cet endroit ont diminué au rythme de 0.019 ml L^?1 a^?1 (0.83 μmol kg^?1 a^?1) entre 1979 et 2011. Cette diminution est principalement attribuée aux changements dans les concentrations d'oxygène sur les surfaces d’égale densité plutôt qu'aux changements dans la profondeur des surfaces de densité constante. Une simulation numérique des courants océaniques et des concentrations de nutrients dans le remous de Juan de Fuca et dans les régions avoisinantes en été révèle des remontées d'eau froide persistantes vers le centre de ce remous et des courants de fond lents à l'intérieur du remous. L'eau qui a remonté au fond du remous de Juan de Fuca a des propriétés liées au sous-courant de Californie sur la surface sigma–t 26.6 à une profondeur de 200 m, où la concentration en oxygène est normalement de 2.0 ml L^?1 (87 μmol kg^?1), et a diminué au taux de 0.025 ml L^?1 a^?1 (1.1 μmol kg^?1 a^?1) de 1981 à 2011, principalement à cause des changements sur les surfaces de densité constante plutôt que du soulèvement des isopycnes. Nous pausons l'hypothèse que les remontées d'eau advectent des eaux profondes pauvres en oxygène au bas de la plate-forme continentale et que les lents courants de fond donnent le temps à l'oxydation de la matière organique dans les eaux de fond, ce qui réduit davantage la concentration de l'oxygène.     

Long-Term Variability of Volume and Heat Transport in the Nordic Seas: A Model Study

This article presents results from a model study of interannual and decadal variability in the Nordic Seas. Fifty years of simulations were conducted in an initial condition ensemble mode forced with the National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis. We studied two major events in the interannual and interdecadal variability of the Nordic Seas during the past fifty years: the Great Salinity Anomaly in the 1960s and early 1970s and the warming of the Arctic and subarctic oceans in the late 1990s.

Previous studies demonstrated that the Great Salinity Anomaly observed in the subarctic ocean in 1960 was originally generated by intensified sea-ice and freshwater inflow from the Arctic Ocean. Our model results demonstrate that the increase in the transport of fresh and cold waters through Fram Strait in the 1960s was concurrent with a reduction in the meridional water exchange over the Greenland–Scotland Ridge. The resulting imbalance in salinity and heat fluxes through the strait and over the ridge also contributed to the freshening of the water masses of the Nordic Seas and intensified the Great Salinity Anomaly in the Nordic Seas.

The warming of the Atlantic Waters in the Nordic Seas and Arctic Ocean during the past two decades had an important impact on the variability of these two ocean basins. Some previous observational and model studies demonstrated that the warming of the subpolar Atlantic Ocean in the late 1990s and the meridional transport of the Atlantic Water mass (AW) into the Nordic Seas and Arctic Ocean contributed to this process. At the same time, observations show that the warming of the AW in the Nordic Seas started in the 1980s (i.e., earlier than the warming of the subpolar North Atlantic Ocean). Our model results suggest that this process was triggered by an imbalance in the lateral heat fluxes through Fram Strait and over the Greenland–Scotland Ridge. In the late 1980s the AW transport over the Greenland–Scotland Ridge was stronger than normal while the exchange through Fram Strait was close to normal. The related imbalance in the lateral heat fluxes through the strait and over the ridge warmed the Nordic Seas and caused an increase in the temperature of the AW inflow to the Arctic Ocean in the late 1980s (i.e., about a decade earlier than the warming of the source of the AW in the subpolar North Atlantic Ocean). Thus the model results suggest that the imbalance in lateral heat and salinity fluxes through the strait and over the ridge connecting the Nordic Seas to the North Atlantic and Arctic oceans could amplify the interannual variability in the subarctic ocean.

[Traduit par la rédaction] Cet article présente les résultats d'une étude par modèle de la variabilité interannuelle et décennale dans les mers nordiques. Nous avons effectué des simulations sur une période de cinquante ans en mode d'ensemble de conditions initiales forcé avec les réanalyses des NCEP (National Centers for Environmental Prediction). Nous avons étudié deux événements majeurs survenus dans la variabilité interannuelle et décennale des mers nordiques au cours des cinquante dernières années : la grande anomalie de salinité des années 1960 et du début des années 1970 et le réchauffement des océans Arctique et subarctique vers la fin des années 1990.

Des études précédentes ont démontrées que la grande anomalie de salinité observée dans l'océan subarctique en 1960 a été causée par une intensification de l'apport de glace de mer et d'eau douce depuis l'océan Arctique. Les résultats que nous avons obtenus du modèle montrent que l'accroissement du transport d'eau douce et froide à travers le détroit de Fram dans les années 1960 s'est produit en même temps qu'une réduction dans l’échange méridien d'eau au-dessus de la crête Groenland–Écosse. Le déséquilibre résultant dans les flux de salinité et de chaleur à travers le détroit et au-dessus de la crête a aussi contribué à l'adoucissement des masses d'eau des mers nordiques et a intensifié la grande anomalie de salinité dans les mers nordiques.

Le réchauffement des eaux atlantiques dans les mers nordiques et dans l'océan Arctique au cours des deux dernières décennies a eu un impact important sur la variabilité de ces deux bassins océaniques. Des études observationnelles et par modèle précédentes ont établi que le réchauffement de l'océan Atlantique subpolaire dans les années 1990 et le transport méridien de la masse d'eau atlantique dans les mers nordiques et dans l'océan Arctique ont contribué à ce processus. En même temps, les observations montrent que le réchauffement des eaux atlantiques dans les mers nordiques a commencé dans les années 1980 (c.–à–d. plus tôt que le réchauffement de l'océan Nord-Atlantique subpolaire). Les résultats du modèle suggèrent que ce processus a été déclenché par un déséquilibre dans les flux de chaleur latéraux à travers le détroit de Fram et au-dessus de la crête Groenland–Écosse. À la fin des années 1980, le transport des eaux atlantiques au-dessus de la crête Groenland–Écosse était plus fort que la normale alors que l’échange à travers le détroit de Fram était près de la normale. Le déséquilibre résultant dans les flux de chaleur latéraux à travers le détroit et au-dessus de la crête a réchauffé les mers nordiques et causé une augmentation de la température des eaux atlantiques parvenant à l'océan Arctique à la fin des années 1980 (c.-à-d. environ une décennie avant le réchauffement de la source d'eaux atlantiques dans l'océan Nord-Atlantique subpolaire). Donc, les résultats du modèle suggèrent que le déséquilibre dans les flux de chaleur et de salinité latéraux à travers le détroit et au-dessus de la crête reliant les mers nordiques à l'Atlantique Nord et à l'Arctique pourrait amplifier la variabilité interannuelle dans l'océan subarctique.     

Geostrophic Adjustment Problems in a Polar Basin

The geostrophic adjustment of a homogeneous fluid in a circular basin with idealized topography is addressed using a numerical ocean circulation model and analytical process models. When the basin is rotating uniformly, the adjustment takes place via excitation of boundary propagating waves and when topography is present, via topographic Rossby waves. In the numerically derived solution, the waves are damped because of bottom friction, and a quasi-steady geostrophically balanced state emerges that subsequently spins-down on a long time scale. On the f-plane, numerical quasi-steady state solutions are attained well before the system's mechanical energy is entirely dissipated by friction. It is demonstrated that the adjusted states emerging in a circular basin with a step escarpment or a top hat ridge, centred on a line of symmetry, are equivalent to that in a uniform depth semicircular basin, for a given initial condition. These quasi-steady solutions agree well with linear analytical solutions for the latter case in the inviscid limit.

On the polar plane, the high latitude equivalent to the β-plane, no quasi-steady adjusted state emerges from the adjustment process. At intermediate time scales, after the fast Poincaré and Kelvin waves are damped by friction, the solutions take the form of steady-state adjusted solutions on the f-plane. At longer time scales, planetary waves control the flow evolution. An interesting property of planetary waves on a polar plane is a nearly zero eastward group velocity for the waves with a radial mode higher than two and the resulting formation of eddy-like small-scale barotropic structures that remain trapped near the western side of topographic features.

RÉSUMÉ?Traduit par la rédaction] Nous étudions l'ajustement géostrophique d'un fluide homogène dans un bassin circulaire ayant une topographie idéalisée à l'aide d'un modèle numérique de circulation océanique et de modèles analytiques de processus. Quand le bassin est en rotation uniforme, l'ajustement se fait par l'excitation d'ondes de propagation aux limites, et en présence de topographie, par des ondes de Rossby topographiques. Dans la solution numériquement dérivée, les ondes sont amorties à cause frottement contre le fond, et un état quasi-stable géostrophiquement équilibré s’établit pour ensuite décélérer sur une longue période de temps. Sur le plan f, les solutions numériques d’états quasi-stables sont atteintes bien avant que l’énergie du système mécanique soit entièrement dissipée par le frottement. Nous démontrons que les états ajustés apparaissant dans un bassin circulaire avec un accore en forme de marche ou une crête en forme de merlon, centrés sur une ligne de symétrie, sont équivalents à ceux d'un bassin semi-circulaire de profondeur uniforme pour une condition initiale donnée. Les solutions quasi-stables s'accordent bien avec les solutions analytiques linéaires pour le dernier cas dans la limite de la non-viscosité.

Sur le plan polaire, la haute latitude équivalente au plan β, le processus d'ajustement n'aboutit à aucun état ajusté quasi-stable. Aux échelles de temps intermédiaires, après l'amortissement des ondes rapides de Poincaré et Kelvin par le frottement, les solutions prennent la forme de solutions ajustées d’états stables sur le plan f. Aux échelles de temps plus longues, les ondes planétaires déterminent l’évolution de l’écoulement. Une propriété intéressante des ondes planétaires sur un plan polaire est une vitesse de groupe presque nulle vers l'est pour les ondes ayant un mode radial plus grand que deux et la formation résultante de structures barotropiques de petite échelle de type remous qui demeurent emprisonnées près du bord ouest des caractéristiques topographiques.     

Evidence of Change in the Winter Mixed Layer in the Northeast Pacific Ocean: A Problem Revisited

This paper presents a reanalysis of trends in water properties around the Gulf of Alaska. The datasets used are the lighthouse time series and the Line-P time series augmented with data from the Argo global float array. It is shown that though trends have changed, the essential story that was told 15 years ago has not changed in any meaningful way. Sea-surface temperatures are rising over a large part of the Gulf of Alaska, and sea-surface salinities are declining. Both of these lead to a decrease in surface density. We show that the temperature change extends deep into the Gulf of Alaska, and the freshening trend extends to a depth of about 100 db. Potential energy in the water column is decreasing, and the result of the decreasing potential energy and the increasing stratification implies a decrease in mid-winter mixed layer depths.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Cet article présente une réanalyse des tendances des propriétés de l'eau dans le golfe d'Alaska. Les ensembles de données utilisés sont les séries chronologiques des phares et les séries chronologiques de la ligne P augmentés des données du réseau mondial de flotteurs Argo. Il ressort que même si les tendances ont changé, à peu près tout ce que l'on a pu dire il y a 15 ans demeure valable. Les températures de la surface de la mer augmentent dans une grande partie du golfe d'Alaska et les salinités de la surface diminuent. Ces deux facteurs entraînent une diminution de la densité de la surface. Nous montrons que le changement de température se produit jusqu’à une bonne profondeur dans le golfe d'Alaska et que la tendance à l'adoucissement s’étend jusqu’à une profondeur d'environ 100 db. L’énergie potentielle dans la colonne d'eau diminue et cette diminution, de pair avec l'accroissement de la stratification, implique une diminution des profondeurs de la couche de mélange au milieu de l'hiver.     

Étude de la circulation verticale dans l'estuaire du Saint‐Laurent au moyen de la modélisation mathématique

Résumé

Un modèle bidimensionnel dans le sens vertical est utilisé afin d'étudier et de simuler la circulation marine engendrée par la marée dans l'estuaire du Saint‐Laurent. A partir d'une schématisation de l'Estuaire et de conditions en niveaux d'eau et salinités aux extrémités aval et amont du domaine d'étude, ce modèle génère la répartition des hauteurs d'eau et les distributions longitudinales et verticales de vitesses et salinités. Les résultats permettent alors de déduire les circulations instantanées obtenues aux différentes heures de la marée. Celles‐ci mettent en évidence des phénomènes physiques caractéristiques de l'estuaire du Saint‐Laurent et qui ont été plusieurs fois observés. Parmi ceux‐ci, les processus les plus importants concernent les marées internes, la remontée d'eau profonde et les effets des gradients horizontaux de salinités sur les profils verticaux de vitesse.     

Circulation Around Luzon Strait in September as Inferred from CTD,Argos and Argo Measurements and a Generalized Topography-Following Ocean Model

The hydrography, wind, Argos and Argo measurements in the areas surrounding Luzon Strait were collected. Based on the hydrographic data obtained during September 1994, the improved Princeton Ocean Model using a generalized topography-following coordinate system together with a modified inverse method was applied to study the circulation in September. Observations and the diagnostic simulation produce a consistent circulation pattern, and the main dynamical features can be summarized as follows. (1) The Kuroshio has two branches with the main Kuroshio existing above 800 m depth and the western part existing above 400 m depth. The western branch of the Kuroshio leaves the main current near 20.5°N, then flows northwestward through Luzon Strait and finally flows out of the northern boundary southwest of Taiwan, consistent with the trajectory of Argos drifters. (2) The non-linear term is important and cannot be neglected in the momentum equations in the northern part of Luzon Strait under the baroclinicity field. Using non-linear dynamics, the westward intrusion of the Kuroshio into the northern part of Luzon Strait is more curved than when using linear dynamics. However, the non-linear term is smaller and so negligible around Luzon Strait under the homogeneous density field. (3) In the area from 117°E to 119°E and from 20.2°N to 21.7°N, an anticyclonic eddy appears east of Dongsha Islands. (4) At depths above 400 m, the circulation is mainly dominated by the basin-scale cyclonic gyre. (5) In the computational domain west of 121°E, the circulation below 800 m is mainly dominated by the basin-scale anticyclonic gyre. (6) The South China Sea water flows eastward across Luzon Strait in the middle layers, then turns cyclonically, finally flowing northward into the region east of Taiwan Island, which is qualitatively in agreement with the trajectories of Argo floats at about 1000 m depth in the area east of 121°E.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous avons rassemblé l'hydrographie, le vent, les Argo et les mesures Argo dans les régions avoisinant le détroit de Luçon. Sur la base des données hydrographiques relevées durant le mois de septembre 1994, nous avons appliqué le modèle océanique amélioré de Princeton utilisant un système de coordonnées « suivant le terrain » généralisé de pair avec une méthode inverse modifiée pour étudier la circulation en septembre. Les observations et la simulation diagnostique produisent une configuration de circulation cohérente dont on peut résumer comme suit les principales caractéristiques dynamiques. (1) Le Kuroshio possède deux branches : le Kuroshio principal existant au-dessus d'une profondeur de 800 m et la partie ouest existant au-dessus d'une profondeur de 400 m. La branche ouest du Kuroshio quitte le courant principal aux environs de 20,5°N et se dirige vers le nord-ouest à travers le détroit de Luçon pour finalement franchir la limite nord du détroit au sud-ouest de Taïwan, ce qui correspond à la trajectoire des bouées dérivantes Argos. (2) Le terme non linéaire dans les équations est important et ne peut pas être considéré négligeable de quantité de mouvement dans la partie nord du détroit de Luçon dans le champ de baroclinité. Lorsqu'on utilise la dynamique non linéaire, l'intrusion vers l'ouest du Kuroshio dans la partie nord du détroit de Luçon est plus incurvée que lorsqu'on utilise la dynamique linéaire. Cependant, le terme non linéaire est plus petit et donc négligeable autour du détroit de Luçon dans le champ de densité homogène. (3) Dans la région allant de 117°E à 119°E et de 20,2°N à 21,7°N, un remous anticyclonique apparaît à l'est des îles Dongsha. (4) Aux profondeurs inférieures à 400 m, la circulation est principalement dominée par le gyre cyclonique à l’échelle du bassin. (5) Dans le domaine de calcul à l'ouest de 121°E, la circulation sous 800 m est principalement dominée par le gyre anticyclonique à l’échelle du bassin. (6) Les eaux de la mer de Chine méridionale s’écoulent vers l'est à travers le détroit de Luçon dans les couches intermédiaires, puis tournent de façon cyclonique pour finalement s’écouler vers le nord dans la région à l'est de l’île Taïwan, ce qui, qualitativement, s'accorde avec la trajectoire des flotteurs Argo à environ 1000 m de profondeur dans la région à l'est de 121°E.     

Typhoon-Induced Variability of the Oceanic Surface Mixed Layer Observed by Argo Floats in the Western North Pacific Ocean

This study takes advantage of the newly established observational network of Argo floats to investigate the variability of the oceanic surface mixed layer (ML) in response to typhoons occurring over the period 2000–08 in the western North Pacific Ocean. After removing the background variability due to the seasonal cycle, the regionally averaged ML response is statistically analyzed as a function of the distance from the typhoon centre, the time after typhoon passage, the geographic location, the translation speed of the typhoon and the pre-existing patterns of oceanic circulation. Based on an unprecedented amount of new observational data, our analysis reveals some notable differences between ML temperature and ML depth changes induced by a typhoon, including the delayed response of ML temperature relative to ML depth, the longer restoring time of ML temperature, and the tendency of pre-existing cold-core features to favour ML cooling while warm-core features favour ML deepening.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] La présente étude tire profit du nouveau réseau de balises d'observation Argo qui étudie la variabilité de la couche de mélange de la surface océanique en réponse aux typhons survenus durant la période 2000–2008 dans l'ouest du Pacifique Nord. Après avoir éliminé la variabilité de fond due au cycle saisonnier, nous faisons une analyse statistique de la réponse de la couche de mélange, moyennée dans une région, en fonction de la distance du centre du typhon, du temps écoulé depuis le passage du typhon, du lieu géographique, de la vitesse de déplacement du typhon et des configurations de circulation océanique préexistantes. En se basant sur une quantité sans précédent de nouvelles données d'observation, notre analyse révèle des différences notables entre les changements de température et de profondeur de la couche de mélange produits par le typhon, y compris la réponse retardée de la température de la couche de mélange par rapport à la profondeur de la couche de mélange, le temps de rétablissement plus long de la température de la couche de mélange et la tendance des caractéristiques de noyaux froids préexistantes à favoriser le refroidissement de la couche de mélange pendant que les caractéristiques de noyaux chauds favorisent l'approfondissement de la couche de mélange.     

A Retrospective Analysis of Ozone Formation in the Lower Fraser Valley,British Columbia,Canada. Part I: Dynamical Model Evaluation

We conduct a retrospective study of ozone formation in the Lower Fraser Valley (LFV), using numerical models, observations, and emission inventories in order to understand relationships between reductions in local precursor emissions and episodic ozone concentrations. Because there appears to be little or no impact from precursor emissions upwind of the LFV during ozone episodes and because background concentrations of ozone and its precursors are generally from the North Pacific Ocean and quite low, summertime ozone formation in the LFV is mostly caused by local emissions. The observed change in behaviour of ozone formation must, therefore, arise from reductions in local precursor emissions. We exploit the observed changing precursor emission–ozone concentration relationship to perform a dynamical model evaluation. Complicating the analyses are an observed shift in the population patterns within the valley over the last 25 years and a small but documented change in the tropospheric background concentration of ozone. Ozone formation for four episodes, which capture the observed changes in ozone reduction and the different meteorological types that occur during LFV ozone events, are investigated using the Weather Research and Forecasting (WRF)-Sparse Matrix Operator Kernel Emissions (SMOKE)-Community Multiscale Air Quality (CMAQ) modelling system. In order to provide realistic simulations of past events, the SMOKE emission inventory is adjusted to account for temporal changes in the amount of emissions and locations of emission sources. Model output is compared with continuous observations, data collected from field campaigns, and previous modelling efforts. The WRF-SMOKE-CMAQ modelling framework is able to capture the changes in both the magnitude of the ozone concentrations and its spatial behaviour over the period of study. Many of the simulations show that the highest ozone concentrations occur outside the area sampled by the fixed monitoring network and within the LFV's numerous tributary valleys. Not all modelled episodes achieved the same agreement with observations and some of these discrepancies are likely related to shortcomings in the meteorological modelling. The model consistently overpredicts ozone at a number of stations within the City of Vancouver and underpredicts daytime NO_x concentrations there. Both results are consistent with a deficiency in NO_x emissions. The model shows a changing bias over time which also suggests uncertainties in the emission backcasting.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous menons une étude rétrospective de la formation de l'ozone dans le vallée du bas Fraser (VBF) à l'aide de modèles numériques, d'observations et d'inventaires d’émissions dans le but de comprendre les relations entre les réductions dans les émissions locales de polluants précurseurs et les concentrations épisodiques d'ozone. Parce qu'il semble n'y avoir que peu ou pas d'impact des émissions de polluants précurseurs en amont de la VBF durant les épisodes d'ozone et parce que les concentrations de fond de l'ozone et de ses précurseurs proviennent généralement du Pacifique Nord et sont très faibles, la formation d'ozone en été dans la VBF est principalement attribuable aux émissions locales. Le changement de comportement observé dans la formation d'ozone doit par conséquent résulter de réductions dans les émissions locales de précurseurs. Nous exploitons la relation changeante observée entre les émissions de précurseurs et la concentration de l'ozone pour effectuer une évaluation par modèle dynamique. Un déplacement observé dans les configurations de population à l'intérieur de la vallée au cours des 25 dernières années et un changement, petit mais documenté, dans la concentration troposphérique de fond de l'ozone viennent compliquer les analyses. Nous étudions la formation d'ozone lors de quatre épisodes qui capturent les changements observés dans la réduction d'ozone et les différents types météorologiques qui se produisent pendant les événements d'ozone dans la VBF en nous servant du système de modélisation SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel Emissions) – CMAQ (Community Multiscale Air Quality) du WRF (Weather Research and Forecasting). Afin de fournir des simulations réalistes des événements passés, nous avons ajusté l'inventaire d’émissions SMOKE pour tenir compte des changements au cours du temps dans la quantité d’émissions et dans la position des sources d’émissions. Nous comparons la sortie du modèle avec les observations continues, les données recueillies lors d’études sur le terrain et les efforts de modélisation précédents. Le cadre de modélisation WRF-SMOKE-CMAQ est capable de capturer les changements dans la grandeur des concentrations d'ozone ainsi que dans son comportement spatial durant la période de l’étude. Plusieurs des simulations montrent que les plus fortes concentrations d'ozone se produisent en dehors de la région échantillonnée par le réseau fixe de surveillance et à l'intérieur des nombreuses vallées affluentes de la VBF. Tous les épisodes modélisés n'ont pas exhibé le même accord avec les observations et certaines de ces divergences sont vraisemblablement dues à des lacunes dans la modélisation météorologique. Le modèle surprévoit constamment l'ozone à certaines stations dans la ville de Vancouver et sous-prévoit les concentrations de NO_x le jour à cet endroit. Les deux résultats sont cohérents avec un déficit dans les émissions de NO_x. Le modèle montre un biais qui change avec le temps, ce qui porte à croire à des incertitudes dans les émissions rétrospectives.     

Observations dans la couche limite atmosphérique de l'Estuaire du St‐Laurent: Résultats préliminaires

Résumé

Cet article fait état d'une première étude de la structure verticale de la couche limite atmosphérique (CLA) dans l'Estuaire du St‐Laurent, à partir de ballons captifs. Les résultats préliminaires de l'expérience réalisée en août 1977 démontrent que cette CLA est essentiellement formée d'une couche interne très stable (CLI) d'épaisseur variable et d'une couche mélangée correspondant à la partie non perturbée de la CLA côtière. Dans la couche de surface (CS), nous avons observé des gradients de température pouvant atteindre 1°C m^‐1 et des vents généralement très élevés. Le sommet de la CS correspond très souvent à un maximum de vent. Le fait que la direction du vent change considérablement avec l'altitude indique que les effets de vallée et de baroclinité sont très importants dans la CLI.     

Assessing the Application of Argo Profiling Float Data to the Study of the Seasonal Variation of the Hydrological Parameters and the Current Field East of Luzon Strait

The seasonal characteristics of water masses, mixed-layer depth and the current field east of Luzon Strait are studied using Argo profiling float data. Based on data from March 2006 to November 2010, the temperature-salinity relation indicates that the seasonal variation of water masses is not obvious, except that the surface temperature is lower and the salinity is higher in spring and winter; the water masses in other layers change little. The seasonal variation of the mixed-layer depth, which is deepest at over 170 m in winter and shallowest at about 25 m in summer, is also discussed. Based on the P-vector method, multi-year seasonal mean Argo data and Levitus data are used to calculate the respective current fields. The surface geostrophic current derived from altimetric data is compared with those computed from Argo data and Levitus data. It is shown that, the current field computed from Argo data, which shows the Kuroshio and eddies clearly, is similar to that obtained from altimetric data, except that the current speed is less in the former case than in the latter one; this may be related to the scarcity and uneven distribution of Argo floats, the subsequent interpolation and extrapolation errors, the shortcomings of the P-vector method, the lack of a barotropic component in the calculation or the altimetry-derived current error associated with the marine geoid, but the resultant current field is much better than that obtained from Levitus data. Moreover, Argo data have an advantage in that they can be used to derive a three-dimensional current field, whereas the altimetric data can only be used to derive the surface current field. The seasonal variations in the vertical current structure and the Kuroshio transport east of Taiwan Island are also discussed; it is found that the thickness of the northward Kuroshio is about 700 m, and the seasonal zonal variation in the main axis of the Kuroshio is obvious.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous étudions les caractéristiques saisonnières des masses d'eau, la profondeur de la couche de mélange et le champ de courant à l'est du détroit de Luçon à l'aide des données des flotteurs profileurs Argo. D'après les données recueillies entre mars 2006 et novembre 2010, la relation température-salinité indique que la variation saisonnière des masses d'eau n'est pas évidente, sauf que la température de surface est plus basse et la salinité plus élevée au printemps et en hiver; les masses d'eau dans les autres couches changent peu. Nous discutons aussi de la variation saisonnière de la profondeur de la couche de mélange, qui est maximale à plus de 170 m en hiver et minimale à environ 25 m en été. En nous basant sur la méthode des vecteurs P, nous utilisons les données Argo et les données Levitus pluriannuelles de moyennes saisonnières pour calculer les champs de courant respectifs. Nous comparons le courant géostrophique de surface déduit des données altimétriques avec ceux calculés à l'aide des données Argo et des données Levitus. Il apparait que le champ de courant calculé d'après les données Argo, qui montre clairement le Kuroshio et les remous, est semblable à celui obtenu des données altimétriques, sauf que la vitesse du courant est moindre dans le premier cas que dans le dernier; cela peut être lié à la rareté et à la distribution inégale des flotteurs Argo, aux erreurs subséquentes d'interpolation et d'extrapolation, aux faiblesses de la méthode des vecteurs P, au manque d'une composante barotropique dans les calculs ou à l'erreur dans le courant déduit des données altimétriques associée au géoïde marin, mais le champ de courant résultant est bien meilleur que celui obtenu à l'aide des données Levitus. De plus, les données Argo présentent l'avantage de pouvoir être utilisées pour déduire un champ de courant tridimensionnel, alors que les données altimétriques ne permettent que de déduire le champ de courant de surface. Nous discutons aussi des variations saisonnières dans la structure verticale du courant et dans le transport par le Kuroshio à l'est de l’île de Taïwan; nous trouvons que la profondeur du Kuroshio circulant vers le nord est d'environ 700 m et la variation saisonnière zonale dans l'axe principal du Kuroshio est évidente.     

Mesures de la grêle à l'aide de données physiologiques

Résumé

L'utilisation de valeurs physiques pour évaluer les dommages occasionnés par la grêle aux récoltes se heurte à des difficultés qui tiennent à la réponse variable d'un élément de végétal au choc d'un grêlon. L'énergie cinétique n'est probablement pas un excellent paramètre d'évaluation, et on suggère que la percussion est une valeur physique plus intéressante, bien que plus difficile à déterminer parce que faisant intervenir la vitesse du végétal après percussion.

Pour mesurer l'intérêt pratique d'une opération de lutte contre la grêle, il reste donc intéressant, sinon indispensable, d'utiliser des données établies directement à partir d'observations physiologiques, et non physiques, telles que celles recueillies par les experts des sociétés d'assurances contre la grêle. On présente la méthode d'utilisation de ce type de données adoptée pour le contrôle de l'expérience française de lutte contre la grêle par réseaux de générateurs au sol de noyaux d'iodure d'argent, et on suggère certaines améliorations qui pourraient être apportées à cette méthode.     

Influence des rejets atmosphériques d'anhydride sulfureux sur la qualité de l'eau des lacs de la région de Rouyn‐Noranda*

Résumé

En mars 1982, le ministère de l'Environnement du Québec a entrepris un échantillonnage physico‐chimique de 64 lacs de tête de la région de Rouyn‐Noranda. Les objectifs de l'étude étaient de déterminer la sensibilité des lacs de cette région et de délimiter l'aire d'influence de la plus importante source anthropique d'émission d'anhydride sulfureux au Québec.

Le traitement graphique et statistique des résultats, ainsi que l'application de modèles empiriques d'acidification ont permis de dégager les zones les plus vulnérables à l'acidification. L'application de ces techniques d'analyse a montré, entre autres, que les concentrations de sulfates en lac étaient beaucoup plus élevées à proximité de Rouyn‐Noranda où est située l'usine Mines Noranda Itée. De fait, la concentration de sulfates dans les lacs de cette région passe de 16 mg L^?1, aux alentours de Rouyn‐Noranda, à moins de 2 mg L^?1 en direction du nord‐est, alors qu'elle baisse à 8 mg L^?1 en bordure de la rivière des Outaouais. De plus, en faisant abstraction de la distribution en forme de cloche des concentrations de sulfates autour de Rouyn‐Noranda, l'étude a permis de faire ressortir la décroissance générale des sulfates du sud‐ouest vers le nord‐est.

Les points majeurs qui ressortent de cette étude sont la présence de lacs très acides à proximité de Rouyn‐Noranda et V extrême vulnérabilité des plans d'eau situés au sud et sud‐est de la ville. En effet, l'eau des lacs de la région du Témiscamingue est en général moins minéralisée et plus acide que celle des lacs au nord de cette région. Cette distinction est due à la nature géologique des substrats dans les bassins versants. Ainsi, les lacs sensibles à l'acidification sont principalement situés sur des bassins versants associés à des roches granitiques et gneissiques, comparativement aux roches volcaniques et aux dépôts d'argiles lacustres qui caractérisent les lacs aux eaux plus minéralisées.     

Variation Features of the Mindanao Eddy from Argo Data

Based on monthly mean Argo profiler float data from 2004 to 2008 and monthly mean sea surface height and current velocity data from the Simple Ocean Data Assimilation (SODA) reanalysis for the period 1958–2007, the three-dimensional structure of the Mindanao Eddy (ME), its seasonal and interannual variability, and its impact on the thermohaline structure are analyzed. In addition, the displacement of the ME centre and its relation to ocean circulations are also discussed. The results showed that the ME spreads vertically from about 600 db depth upward to about 40 db depth. In addition to its strong seasonal variation, the strength of the ME displays strong interannual variability resulting from the interannual variability in the North Equatorial Current (NEC), the North Equatorial Counter Current (NECC) and the Mindanao Current (MC). The meridional movement of the centre of the ME has strong seasonal and interannual variability, and the zonal movement has a strong seasonal variation. The meridional movement is associated with the meridional displacement of the interface between the NECC and the NEC, whereas the zonal movement is associated with the zonal displacement of the interface between the MC and the northward branch of the NECC. The ME variability can greatly affect the pattern of the thermohaline structure in the local upper ocean. When the eddy is strong, the cold and low salinity water within it moves vigorously upward from the deep layer; the thermocline shoals significantly; the subsurface high salinity water shows a large decrease; and the upper mixed layer becomes thinner, and vice versa.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] En nous basant sur les données mensuelles moyennes des flotteurs profileurs Argo pour la période de 2004 à 2008 et sur les données mensuelles moyennes de hauteur de la surface de la mer et de vitesses vectorielles du courant fournies par les réanalyses SODA (Simple Ocean Data Assimilation) pour la période de 1958 à 2007, nous analysons la structure tridimensionnelle du remous de Mindanao, sa variabilité saisonnière et interannuelle et son impact sur la structure thermohaline. De plus, nous discutons du déplacement du centre du remous de Mindanao et de sa relation avec les circulations océaniques. Les résultats ont montré que le remous s'étend verticalement vers le haut à partir d'une profondeur de 600 db jusqu’à une profondeur d'environ 40 db. En plus de sa forte variabilité saisonnière, la force du remous de Mindanao affiche une forte variabilité interannuelle résultant de la variabilité interannuelle dans le courant nord-équatorial (NEC), le contre-courant nord-équatorial (NECC) et le courant de Mindanao (MC). Le mouvement méridien du centre du centre du remous de Mindanao affiche une forte variabilité saisonnière et interannuelle et le mouvement zonal possède une forte variabilité saisonnière. Le mouvement méridien est lié au déplacement méridien de l'interface entre le NECC et le NEC alors que le mouvement zonal est lié au déplacement zonal de l'interface entre le MC et le bras allant vers le nord du NECC. La variabilité du remous de Mindanao peut grandement modifier la configuration de la structure thermohaline dans les couches supérieures locales de l'océan. Quand le remous est fort, l'eau froide et de faible salinité qu'il renferme se déplace vigoureusement vers le haut à partir de la couche profonde; la thermocline s'élève de façon marquée; les eaux de subsurface de forte salinité affichent une diminution importante; et la couche de mélange supérieure devient plus mince, et inversement.     

L'angle de chute au sol de la grêle

Résumé

Cette étude présente des résultats expérimentaux sur les effets du vent et de l'échantillonnage sur la mesure de l'intensité des chutes de grêle, et suggère des thèmes de discus non pour l'Atelier.

L'angle moyen de chute des grêlons, mesuré à partir de la verticale, est un indice significatif de l'augmentation de l'énergie cinétique due à la vitesse du vent au sol. En Italie, au cours des années 1972–1975, 61% des observations révèlent un effet important des vents. Au cours d'un été de Grossversuch IV en Suisse, 41% des observations révèlent aussi de tels effets. Ces observations ont été faites à l’ aide de grêlimètres à cinq faces (hailcubes). On propose un plus grand effort pour rendre possible une estimation des effets du vent à l'aide de grélimètres horizontaux, peut être en utilisant, comme mesure principale, le rapport de la longueur sur la largeur des empreintes faites par les grêlons de la classe centrale de dimensions qui a touché les grêlimètres.

Des résultats sur des mesures juxtaposées du nombre de grêlons, par intervalle donnée de diamètres, et d'énergie cinétique sont aussi présentées. Ces mesures soulignent les erreurs dues à l'échantillonnage qui peuvent être considérables, spécialement pour les gros grêlons naturellement moins nombreux.     

Comparisons of the Thermal Effects of the Tibetan Plateau with NCEP-I and ERA-40 Reanalysis Data

Because of a lack of sufficient observations over the Tibetan Plateau (TP), the measurement of the strength of the thermal effects of the TP is a challenging issue, yet of crucial importance for climate research. In this study, two sets of daily reanalysis data (1979–2001) from the National Centers for Environmental Prediction reanalysis version 1 (NCEP-I) and the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts 40-year Reanalysis data (ERA-40) are used to calculate the atmospheric diabatic heating effects of the TP and the adjacent regions with an inverse algorithm. The observational data obtained from the recent atmospheric experiments over the TP are applied to verify and evaluate the results from NCEP-I and ERA-40 reanalysis data, respectively. It is found that the ERA-40 results are closer to the observations in terms of the structure and seasonal variation of the vertical profile of the diabatic heating over the TP. The horizontal distributions of the apparent heat source are quite reasonable over Asia for both the NCEP-I and ERA-40 results.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] À cause d'un manque d'observations sur le plateau tibétain, la mesure de la force des effets thermiques du plateau tibétain est un problème difficile tout en étant d'importance cruciale pour la recherche climatique. Dans cette étude, nous utilisons deux ensembles de données quotidiennes de réanalyse (1979–2001) issues de la version 1 de la réanalyse des National Centers for Environmental Prediction (NCEP-I) ainsi que les données de réanalyse de 40 ans du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ERA-40) pour calculer les effets du réchauffement atmosphérique diabatique sur le plateau tibétain et les régions adjacentes au moyen d'un algorithme inverse. Nous appliquons les données d'observation recueillies lors des récentes expériences atmosphériques sur le plateau tibétain pour vérifier et évaluer ces résultats des données de réanalyse de NCEP-I et ERA-40, respectivement. Nous trouvons que les résultats de ERA-40 sont plus proches des observations en ce qui concerne la structure et la variation saisonnière du profil vertical du réchauffement diabatique sur le plateau tibétain. Les distributions horizontales de la source de chaleur apparente sont très raisonnables au-dessus de l'Asie, tant pour les résultats de NCEP-I que de ERA-40.     

La rationalisation du réseau météorologique du Québec: Stratégie d'intervention et méthodes d'analyse des données

Resume

Le Service de météorologie du ministère québécois de l'Environnement a voulu savoir comment ses réseaux météorologiques devraient évoluer pour répondre le plus adéquatement possible aux besoins réels, actuels et futurs du Québec.

C'est dans cette perspective que l'on définit une stratégie d'intervention caractérisée par (a) une conception dynamique des réseaux, (b) une régionalisation des besoins et des caractéristiques des variables, (c) des critères réalistes, (d) une étude du réseau région par région, (e) une planification visant à intégrer les réseaux entre eux, (f) une considération des méthodes d'analyse ou de simulation selon une approche régionale, (g) une durée et une densité d'observation adaptées aux besoins et, enfin, (h) une intégration rationnelle des diverses sources de données météorologiques. L'étude proprement dite des réseaux, selon une approche régionale, a été réalisée en faisant appel à l'analyse des données en composantes principales et à l'interpolation optimale. Les notions théoriques particulières à chacune de ces deux méthodes d'analyse sont présentées. On explique, par la suite, avec exemples à l'appui, comment ces méthodes sont appliquées, dans le cadre de la rationalisation du réseau météorologique du Québec, pour la détermination des régions statistiquement homogènes, l'estimation des fonctions de structure et des écarts types d'interpolation régionaux, en fonction de la distance entre les stations, et la cartographie des écarts types réels du réseau en opération, à une date donnée. On indique, aussi, comment les modifications projetées à ce réseau peuvent être évaluées.     

Contribution à l'étude du pH et de la saturation en calcite dans l'estuaire du St‐Laurent (Canada)

Résumé

Des données analytiques récentes sur l'alcalinité des carbonates et le calcium dissous dans l'estuaire moyen du St‐Laurent nous ont permis d'appliquer un modèle thermodynamique simple au calcul du pH et de la concentration en ions carbonate dissous. Ces calculs montrent que le pH varie de façon non linéaire en fonction de la salinité et que le principal facteur de variabilité est la fluctuation de l'apport en carbone inorganique des eaux douces selon la saison. D'autre part le calcul de la concentration en ions carbonate dissous montre que le phénomène de sursaturation des eaux estuariennes en calcite apparaît toujours pour des chlorinités supérieures à 14.5‰, et se trouve pratiquement indépendant de la saison étudiée.     

Evaluation of Land Surface Scheme SABAE-HW in Simulating Snow Depth,Soil Temperature and Soil Moisture within the BOREAS Site,Saskatchewan

The Soil Atmosphere Boundary, Accurate Evaluation of Heat and Water (SABAE-HW) model is a multilayered, one-dimensional, physically based version of the Canadian Land Surface Scheme (CLASS) and uses the same methodologies as CLASS, version 2.6. SABAE provides an improved interface for groundwater modelling to simulate soil moisture, soil temperature, energy fluxes and snow depth for a wide range of soil and vegetation. This paper reports the results of the first field comparison of SABAE-HW using an extensive ten-year dataset from the Boreal Ecosystem Atmosphere Study (BOREAS) and the Boreal Ecosystem Research and Monitoring Sites (BERMS) project, an area in central Saskatchewan, Canada, rich in terms of hydrological and meteorological data. The model is also independently tested and verified with the Simultaneous Heat and Water (SHAW) model, which is an unsaturated-zone transport model. Two boundary conditions are considered at the bottom of the soil profile: a water table boundary condition and a unit gradient boundary condition. There was substantial agreement between the results of the simulations and observations in terms of snow depth and soil temperature. Snow depth and soil temperature were simulated reasonably well by SABAE, with correlation values of 0.96 and 0.98, respectively. However, there were some discrepancies for simulated soil temperature in winter. General agreement was obtained in terms of unfrozen soil moisture results, especially at greater depths, but there were general similarities in observed and simulated soil moisture trends in winter. An average correlation of 0.55 was found for SABAE while the correlation for SHAW was much smaller (less than 0.30), which indicates a better fit between simulated and field data by SABAE. Although a unit gradient boundary condition does not influence soil moisture, it was found that unit gradient boundary runs resulted in increased bias towards overestimation of the soil temperature. Thus, a safer and more accurate approach, we believe, is to adopt a first type boundary (i.e., water table) condition at the bottom of the domain. This has implications for climate and weather modelling in general. The result of this field testing demonstrated the potential and high accuracy of SABAE-HW as a Canadian model capable of simulating snow depth, snow temperature, soil moisture, energy fluxes, and we believe it is now appropriate to include this land surface scheme with its counterparts.

R ésumé ?[Traduit par la rédaction] Le modèle Soil Atmosphere Boundary, Accurate Evaluation of Heat and Water (SABAE-HW) est une version multicouche, à une dimension, basée sur la physique du schéma CLASS (Canadian Land Surface Scheme) qui utilise les mêmes méthodologies que le CLASS version 2.6. Le SABAE offre une interface améliorée pour la modélisation des eaux sous-terraines permettant de simuler l'humidité du sol, la température du sol, les flux d'énergie et l'épaisseur de la neige pour une grande variété de sols et de végétation. Cet article présente les résultats de la première comparaison terrain du SABAE-HW en utilisant une base de données étendue de dix ans de l'Étude de l'atmosphère et des écosystèmes boréaux (BOREAS) et du projet des Sites de recherche et de surveillance des écosystèmes boréaux (BERMS), une région du centre de la Saskatchewan, au Canada, riche en données hydrologiques et météorologiques. Le modèle est aussi indépendamment testé et vérifié à l'aide du Simultaneous Heat and Water (SHAW), un modèle de transport en zone non saturée. Deux conditions aux limites sont supposées au fond du profil du sol : une condition aux limites de nappe phréatique et une condition aux limites de gradient unitaire. On a trouvé une concordance importante entre les résultats des simulations et les observations en ce qui a trait à l'épaisseur de la neige et à la température du sol. L'épaisseur de la neige et la température du sol ont été raisonnablement bien simulées par le modèle SABAE, avec des corrélations de 0,96 et 0,98, respectivement. Cependant, il y avait certaines divergences pour la température simulée du sol en hiver. Pour ce qui est des résultats concernant l'humidité du sol non gelé, ils s'accordaient généralement, surtout pour les plus grandes profondeurs, mais il y avait des similarités générales dans les tendances observées et simulées de l'humidité du sol en hiver. Nous avons trouvé une corrélation moyenne de 0,55 pour le SABAE alors que la corrélation pour le SHAW était beaucoup plus faible (0,30), ce qui indique un meilleur ajustement des données simulées aux données de terrain pour le SABAE. Même si une condition aux limites de gradient unitaire n'influence pas l'humidité du sol, il ressort que des passes faites avec un gradient unitaire aux limites ont produit un biais accru vers la surestimation de la température du sol. Donc, nous croyons qu'une approche plus sûre et plus précise serait d'adopter une condition aux limites de Dirichlet (c.-à-d. une nappe phréatique) au fond du domaine. Ceci a des répercussions sur la modélisation du climat et du temps en général. Le résultat de cet essai sur le terrain a démontré le potentiel et la grande exactitude du SABAE-HW en tant que modèle canadien capable de simuler l'épaisseur de la neige, la température du sol, l'humidité du sol et les flux d'énergie et nous croyons qu'il est maintenant approprié d'inclure ce schéma de surface avec ses contreparties.     

Downscaling of Precipitation over Vancouver Island using a Synoptic Typing Approach

A statistical downscaling technique is employed to link atmospheric circulation produced by an ensemble of global climate model (GCM) simulations over the twenty-first century to precipitation recorded at weather stations on Vancouver Island. Relationships between the different spatial scales are established with synoptic typing, coupled with non-homogeneous Markov models to simulate precipitation intensity and occurrence. Types are generated from daily precipitation observations spanning 1971 to 2000. Atmospheric predictors used to influence the Markov models are derived from two versions of GCM output: averages of GCM grid cells selected by correlation maps of circulation and precipitation data and an approach involving common Empirical Orthogonal Functions (EOFs) calculated from GCM output over the northeast Pacific Ocean. Projections for 2081 to 2100 made using averaged grid cells find that winter (November–February) precipitation anomalies produce modestly positive values, with gains of 7.5% in average precipitation, typical increases of 9.0% rising to 20% in the case of high-intensity precipitation, and little spatial dependence. In contrast, average and high-intensity summer precipitation (June–September) decline negligibly at most island weather stations with the exception of those in the southwestern sections, which experience reductions of 15% relative to 1971 to 2000. Projections made using common EOFs display a strong spatial dependence. Future winter precipitation is expected to increase only on the west coast of the island by 11%, on average, while the southeastern coast will experience decreases of 5% to 10%. The same pattern repeats in summer, though with negligible increases on the west coast and declines of 12% to 16% on the southeastern coast. The reliability of this novel EOF method remains to be confirmed definitively, however. In both seasons precipitation occurrence decreases slightly at all stations with declines in the total days with measurable precipitation ranging from 2% to 8%.

RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Nous employons une technique statistique de réduction d’échelle pour lier la circulation atmosphérique produite par un ensemble de simulations du GCM (Global Climate Model) durant le XXI^e siècle aux précipitations enregistrées à des stations météorologiques sur l’île de Vancouver. Les relations entre les différentes échelles spatiales sont établies au moyen d'un typage synoptique couplé avec des modèles markoviens non homogènes pour simuler l'intensité et la fréquence des précipitations. Les types sont générés à partir des observations quotidiennes de précipitations au cours de la période 1971–2000. Les prédicteurs atmosphériques utilisés pour influencer les modèles markoviens sont dérivés de deux versions de sorties du GCM : les moyennes de mailles du GCM sélectionnées par tables de corrélation des données de circulation et de précipitations et une approche fondée sur les fonctions orthogonales empiriques (EOF) communes calculées d'après la sortie du GCM pour le nord-est du Pacifique. Les projections pour la période 2081–2100 basées sur des moyennes de mailles montrent que les anomalies de précipitations hivernales (novembre–février) produisent de faibles valeurs positives, avec des gains de 7.5% dans les précipitations moyennes, des accroissements caractéristiques de 9.0% augmentant à 20% dans le cas des précipitations de forte intensité, et peu de dépendance spatiale. En revanche, les précipitations estivales (juin–septembre) moyennes et de forte intensité diminuent de façon négligeable à la plupart des stations météorologiques de l’île, à l'exception de celles situées dans secteur sud-ouest qui subissent une réduction de 15% par rapport à 1971–2000. Les projections faites à l'aide des fonctions orthogonales empiriques communes exhibent une forte dépendance spatiale. Les précipitations hivernales futures devraient augmenter seulement sur la côte ouest de l’île de 11% en moyenne alors que la côte sud-est connaîtra des diminutions de 5 à 10%. La même configuration se répète en été, bien qu'avec des accroissements négligeables sur la côte ouest et des diminutions de 12 à 16% sur la côte sud-est. La fiabilité de cette nouvelle méthode EOF reste toutefois à établir. Dans les deux saisons, la fréquence des précipitations diminue légèrement à toutes les stations, les diminutions du nombre total de jours avec précipitations mesurables variant entre 2 et 8%.