Drought and Associated Cloud Fields over the Canadian Prairie Provinces

Little is known about clouds during drought. From 1999 to 2005 the Canadian Prairies experienced one of the most severe and prolonged droughts in the historical record. This study characterizes clouds during drought in the Canadian Prairie provinces with a particular focus on this recent drought.

Drought severity was determined using the Standardized Precipitation Index (SPI) based on monthly precipitation on a 1° × 1° grid. Cloud fields from the National Aeronautics and Space Administration/Global Energy and Water Experiment's (NASA/GEWEX) Surface Radiation Budget database were used to examine overall cloud amount, optical thickness, and top-of-the-atmosphere albedo. Anomalies in monthly precipitation in the satellite record from 1984 to 2004, with an emphasis on the recent drought from 1999 to 2004, were related to anomalies in cloud fields.

During drought, a decrease in cloud amount was observed. During the spring and summer months of the 1999–2004 drought, for example, the observed cloud cover fraction decreased by approximately 7% between severely wet and severely dry conditions. There was, however, large month-to-month and spatial variability, and the correlation of cloud cover fraction anomaly with precipitation was weak. A higher correlation was found between the top-of-the-atmosphere albedo and precipitation. The occurrence of thick clouds and clouds of medium thickness did decrease with drought severity. These trends also applied to subregions within the overall domain. These observations further the understanding of the role of clouds in feedback mechanisms during drought.

R ésumé ?[Traduit par la rédaction] On sait peu de choses à propos des nuages durant les sécheresses. De 1999 à 2005, les Prairies canadiennes ont connu l'une des périodes de sécheresse les plus longues et les plus intenses depuis que l'on tient des relevés. La présente étude porte sur les nuages durant les périodes de sécheresse dans les Prairies canadiennes, en mettant l'accent sur les sécheresses récentes.

Nous avons déterminé l'intensité des sécheresses au moyen de l'indice de précipitations normalisé (SPI) fondé sur les précipitations mensuelles sur une grille de 1° × 1°. Nous avons étudié les champs de nuages obtenus de la base de données du bilan radiatif de la surface du GEWEX (Expérience mondiale sur les cycles de l'énergie et de l'eau) de la NASA pour examiner l'étendue générale des nuages, l'épaisseur optique et l'albédo du sommet de l'atmosphère. Nous avons mis en relation les anomalies dans les précipitations mensuelles d'après les données satellitaires de 1984 à 2004, en mettant l'accent sur la sécheresse récente de 1999 à 2004, avec les anomalies dans les champs de nuages.

Pendant les sécheresses, nous avons noté une diminution de l'étendue des nuages. Durant les mois de printemps et d'été de la période de sécheresse de 1999 à 2004, par exemple, la fraction de couverture du ciel observée a diminué d'environ 7 % entre les conditions très humides et très sèches. Cependant, la variabilité intermensuelle et spatiale est grande, et la corrélation de l'anomalie de la fraction de couverture nuageuse avec les précipitations est faible. Nous avons trouvé une meilleure corrélation entre l'albédo du sommet de l'atmosphère et les précipitations. La quantité de nuages épais et de nuages d'épaisseur moyenne diminuait quand l'intensité de la sécheresse augmentait. Ces tendances s'observent aussi dans les sous-régions à l'intérieur domaine général. Ces observations permettent de mieux comprendre le rôle des nuages dans les mécanismes de rétroaction au cours des sécheresses.     

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.     

Streamflow Modelling: A Primer on Applications,Approaches and Challenges

This article examines the current practice of streamflow modelling, a field under development for over a century. A sample of the wide range of assessment and planning applications of streamflow models is presented. The diversity in the use of these models is mirrored in the diversity of model complexity, and modelling approaches ranging from empirical to physically based and from lumped to fully distributed are described with examples. Predictions derived from hydrological models are subject to many sources of error; these are discussed along with methods for error minimization or anticipation. Model error is generally quantified using an ensemble of forecasts meant to sample the range of predictive uncertainty. This ensemble can be used to generate reliable probabilistic forecasts of hydrological quantities if all sources of error are accounted for. To date, applications of ensemble methods in streamflow forecasting have typically focused on only one or two error sources. A challenge will be to develop ensemble streamflow forecasts that sample a wider range of predictive uncertainty.

[Traduit par la rédaction] Le présent article examine la pratique actuelle en modélisation d’écoulement fluvial, un domaine qui évolue depuis plus d'un siècle. Nous présentons un échantillon de la vaste gamme d'applications d’évaluation et de planification des modèles d’écoulement fluvial. La diversité dans l'utilisation de ces modèles est le reflet de la diversité dans la complexité des modèles, et nous décrivons à l'aide d'exemples les approches de modélisation qui peuvent être empiriques ou basées sur la physique ou encore localisées ou entièrement réparties. Plusieurs sources d'erreur peuvent affecter les prévisions issues des modèles hydrologiques; nous discutons de ces sources d'erreur de même que des méthodes de réduction ou d'anticipation des erreurs. L'erreur du modèle est généralement quantifiée à l'aide d'un ensemble de prévisions servant à échantillonner la grandeur de l'incertitude prévisionnelle. Cet ensemble peut servir à produire des prévisions probabilistes fiables des grandeurs hydrologiques si toutes les sources d'erreur sont prises en compte. Jusqu’à maintenant, les applications des méthodes d'ensemble à la prévision des écoulements fluviaux n'ont généralement tenu compte que d'une ou deux sources d'erreur. Ce sera un défi de mettre au point des prévisions d'ensemble d’écoulement fluvial qui échantillonnent un plus large éventail d'incertitude prévisionnelle.     

Simulation de l'énergie solaire au sol

Résumé

Le régime journalier du rayonnement solaire global au sol a été reconstitué aux six stations du réseau radiométrique de base canadien situées au Québec à l'aide d'un modèle numérique simulant le transfert de l'énergie solaire à travers l'atmosphère. Les données d'humidité atmosphérique, de trouble atmosphérique et d'albédo au sol ont été interpolées dans le temps et l'espace à partir de la climatologie mensuelle connue de ces champs. La nébulosité a été tirée des séquences horaires des durées d'ensoleillement observées à ces mêmes stations et échelonnées sur une même période de 974 jours. On a estimé les limites de précision du modèle en déterminant l'erreur quadratique moyenne entre la valeur calculée et mesurée pour 1, 2, 3, … et 20 jours consécutifs. On a ainsi trouvé que l'erreur quadratique moyenne diminue rapidement pour les regroupements de 1 à 10 jours et se stabilise pour les périodes plus longues. L'amplitude de l'erreur quadratique moyenne varie saisonnièrement et latitudinalement étant en général plus faible en été et au sud. La variabilité des valeurs journalières simulées n'est que légèrement supérieure à celle des données journalières mesurées. Il est démontré finalement que l'utilisation journalière des résultats du modèle est préférable à l'utilisation de la climatologie du régime solaire.     

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%.     

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.     

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.     

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.     

A Time-Averaged Covariance Method in the EnKF for Argo Data Assimilation

In the ensemble Kalman filter (EnKF), ensemble size is one of the key factors that significantly affects the performance of a data assimilation system. A relatively small ensemble size often must be chosen because of the limitations of computational resources, which often biases the estimation of the background error covariance matrix. This is an issue of particular concern in Argo data assimilation, where the most complex state-of-the-art models are often used. In this study, we propose a time-averaged covariance method to estimate the background error covariance matrix. This method assumes that the statistical properties of the background errors do not change significantly at neighbouring analysis steps during a short time window, allowing the ensembles generated at previous steps to be used in present steps. As such, a joint ensemble matrix combining ensembles of previous and present steps can be constructed to form a larger ensemble for estimating the background error covariance. This method can enlarge the ensemble size without increasing the number of model integrations, and this method is equivalent to estimating the background error covariance matrix using the mean ensemble covariance averaged over several assimilation steps. We apply this method to the assimilation of Argo and altimetry datasets with an oceanic general circulation model.

Experiments show that the use of this time-averaged covariance can improve the performance of the EnKF by reducing the root mean square error (RMSE) and improving the estimation of error covariance structure as well as the relationship between ensemble spread and RMSE.

RÉSUMÉ [Traduit par la rédaction] Dans le filtre de Kalman d'ensemble (EnKF), la taille de l'ensemble est l'un des facteurs clés qui ont une influence importante sur la performance d'un système d'assimilation de données. Il faut souvent choisir une taille d'ensemble assez petite à cause des limites des ressources informatiques, ce qui biaise souvent l'estimation de la matrice de covariance de l'erreur de fond. Cette question revêt une importance particulière pour l'assimilation des données Argo, qui fait souvent appel à des modèles de pointe très complexes. Dans cette étude, nous proposons une méthode de covariance moyennée dans le temps pour estimer la matrice de covariance de l'erreur de fond. Cette méthode suppose que les propriétés statistiques des erreurs de fond ne changent pas de façon importante d'une étape d'analyse à la suivante durant un court laps de temps, ce qui permet d'utiliser dans les étapes courantes les ensembles générés aux étapes précédentes. Ainsi, on peut construire une matrice d'ensembles conjoints combinant les ensembles des étapes précédentes et courantes pour former un plus grand ensemble dans le but d'estimer la covariance de l'erreur de fond. Cette méthode peut accroître la taille de l'ensemble sans augmenter le nombre d'intégrations du modèle; elle équivaut à estimer la matrice de covariance de l'erreur de fond en utilisant la covariance moyenne de l'ensemble calculée sur plusieurs étapes d'assimilation. Nous appliquons cette méthode à l'assimilation des ensembles de données Argo et d'altimétrie avec un modèle de circulation océanique générale.

Des essais montrent que l'emploi de cette covariance moyennée dans le temps peut améliorer la performance de l'EnKF en réduisant l’écart-type et en améliorant l'estimation de la structure de la covariance de l'erreur de même que la relation entre l'étalement et l'écart-type l'ensemble.     

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.     

La mesure de la durée d'insolation: Notes de recherche

A catastrophic rain event occurred in early June 2002 during a major drought over the Canadian Prairies. The storm brought record-breaking rainfall and major flooding to many locations in the region. Given the importance of this event, this study's overall objectives are to characterize and to understand the physical nature of the rainstorm better. The event was associated with a major extratropical cyclone which acted in concert with the Great Plains low-level jet to transport a tremendous amount of moisture into the eastern Prairies producing intense diurnal mesoscale convective systems over the region. At the same time, moisture was transported to the western Prairies by a strong easterly low-level jet which produced heavy and long-lived orographic precipitation near the foothills. Several working hypotheses were developed to explain the severity and longevity of the rainstorm; it was found that the Rockies played a central role in the organization and development of the system.

Atmospheric features that are critical to the development of an important class of extreme rain events in the Canadian Prairies were also identified. The severity of the June 2002 system is partly a result of the rare co-occurrence of these features during the period. Results from a preliminary analysis show that the atmospheric conditions associated with the extreme background drought enhanced the likelihood of the co-occurrence of these features during spring 2002, hence facilitating the development of the extreme rain event. In return, the tremendous precipitation from the storm alleviated the drought conditions in the southern Prairies.

R ésumé ?[Traduit par la rédaction] Un événement de pluie catastrophique s'est produit au début de juin 2002 pendant une sécheresse importante dans les Prairies canadiennes. La tempête a produit des chutes de pluie records et des inondations importantes à plusieurs endroits dans la région. Étant donné l'importance de cet événement, les objectifs généraux de la présente étude sont de mieux caractériser et de mieux comprendre la nature physique de la tempête de pluie. L'événement a été causé par une importante dépression extratropicale qui s'est associée au courant-jet à basse altitude des Grandes Plaines pour transporter une énorme quantité d'humidité dans l'est des Prairies et produire d'intenses systèmes convectifs de mésoéchelle diurne dans la région. En même temps, de l'humidité transportée dans l'ouest des Prairies par un fort courant-jet à basse altitude soufflant de l'est a produit d'intenses précipitations orographiques persistantes près des contreforts. Nous avons formulé plusieurs hypothèses de travail pour expliquer l'intensité et la persistance de la tempête de pluie; il ressort que les Rocheuses ont joué un rôle central dans l'organisation et le développement du système.

Nous avons aussi identifié les caractéristiques atmosphériques essentielles à la formation d'une catégorie importante d'événements de pluie extrêmes dans les Prairies canadiennes. L'intensité du système de juin 2002 est en partie le résultat de la rare présence simultanée de ces caractéristiques durant la période. Les résultats d'une analyse préliminaire montrent que les conditions atmosphériques liées à la sécheresse extrême qui régnait en toile de fond ont augmenté la probabilité d'une présence simultanée de ces caractéristiques au cours du printemps 2002, ce qui a favorisé la formation de l'événement de pluie extrême. En revanche, les précipitations diluviennes produites par la tempête ont atténué les conditions de sécheresse dans le sud des Prairies.     

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.     

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.     

On Precipitation and Virga over Three Locations during the 1999–2004 Canadian Prairie Drought

The recent 1999–2004 drought, and especially the period from 2001 to 2002, had major impacts across Canada and in the western Canadian Prairie region in particular. This study characterizes the recent drought with respect to precipitation on a small scale at three sites: Calgary, Edmonton and Saskatoon. Climatologically, precipitation events of low daily accumulation (≤0 mm) account for the majority of the total accumulation (up to 58%) at all study locations. During the recent drought, these events contributed a higher proportion of the total precipitation (up to 63%) because of a lack of heavy precipitation events. Using radar data at these locations, precipitation events were also classified into three categories: convective, stratiform and virga. There was wide variation in the relative importance of stratiform and convective precipitation at the sites with, for example, some drought periods being dominated by convective and others by stratiform events. Virga was also present with an average cloud base temperature <0°C which would have led to efficient sublimational loss contributing to the reduction of precipitation at the surface. Any understanding of drought must take into account such precipitation issues.

R ésumé ?[Traduit par la rédaction] La récente sécheresse de 1999–2004, et plus spécialement la période de 2001 à 2002, a eu des répercussions majeures au Canada en général et dans la région des Prairies canadiennes en particulier. La présente étude caractérise cette sécheresse récente en fonction des précipitation à petite échelle à trois sites : Calgary, Edmonton et Saskatoon. D'un point de vue climatologique, les événements de précipitations de faible accumulation journalière (≤10 mm) comptent pour la majorité de l'accumulation totale (jusqu'à 58 %) à tous les endroits étudiés. Durant la récente sécheresse, ces événements ont constitué une plus grande proportion des précipitations totales (jusqu'à 63 %) à cause du faible nombre d'événements de fortes précipitations. À l'aide des données radar à ces endroits, les événements de précipitation ont aussi été classifiées en trois catégories : convective, stratiforme et virga. Il y a eu une grande variation de l'importance relative des précipitations stratiformes et convectives à ces sites avec, par exemple, certaines périodes de sécheresse dominées par des événements convectifs et d'autres par des événements stratiformes. Il y a eu aussi des virgas avec une température moyenne de la base des nuages <0°C, ce qui aurait causé des pertes par sublimation contribuant à la réduction des précipitations à la surface. Pour comprendre toute sécheresse on doit prendre en compte ce genre de facteurs liés aux précipitations.     

Considérations sur l'évaluation des bénéfices à attendre d'une opération de lutte contre la grêle

Résumé

Dans la mesure où l'on entrevoit la possibilité de réduire, sinon de sup‐primer les chutes de grêle dévastatrices, il est nécessaire d'établir un bilan coût /bénéjîce ajin dejuger l'intérêt de telles opérations. La connaissance des relations entre caractéristiques physiques des chutes de grêle et les dégâts qu'elles occasion‐nent à la végétation est une élément indispensable à ce calcul. La méthode analytique, étant donné la diversité des cas de figures, risque d'être longue à mettre en ?uvre. Il peut être intéressant de rapprocher les résultats d'une réseau de grêlimètres aux constats des Compagnies d'assurances pour déterminer des seuils de façon statistique.     

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.     

A Retrospective Analysis of Ozone Formation in the Lower Fraser Valley,British Columbia,Canada. Part II: Influence of Emissions Reductions on Ozone Formation

A mechanistic exploration of how ozone formation in the Lower Fraser Valley (LFV) has changed over a 20-year (1985–2005) retrospective period was performed using numerical models, observations, and emissions data from four key episodes selected from the 20-year period. The motivation for this study was the observed differences in trends in summertime episodic ozone concentrations recorded at various monitoring stations within the valley; stations in the western part of the valley have generally shown a noticeable reduction in episodic ozone concentrations whereas stations in the eastern part of the valley have shown little or no improvement in their maximum 8-hour averaged ozone concentrations. Concurrent with these air quality changes, there has been a well-documented reduction in ozone precursor emissions along with an observed shift in the population patterns within the valley over the 20-year period. Ozone formation for four episodes, encompassing the different meteorological regimes that occur during LFV ozone events and spanning the retrospective period, were investigated using the Weather Research and Forecasting (WRF)-Sparse Matrix Operator Kernel Emission (SMOKE)-Community Multiscale Air Quality (CMAQ) modelling system. For each episode, two simulations, intended to isolate the effects of emission changes from meteorological changes, were performed: one with emissions set at the 1985 level and the other with emissions set at the 2005 level. Based on analysis of the model output, observational data, and precursor emission inventories, we find that the Port Moody station in the western LFV remains a volatile organic compound (VOC)-sensitive location; the central part of the LFV around the town of Chilliwack has generally changed from being VOC-limited to being NO_x-limited; the easternmost part of the valley around the town of Hope has been and remains NO_x-limited. Furthermore, based on the observational data and numerical model output, ozone production efficiency as a function of NO has increased noticeably at Chilliwack and likely in the other eastern parts of the valley. This efficiency increase has likely offset some of the benefits resulting from local NO_x emission reductions.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous avons effectué une exploration mécaniste de la façon dont la formation de l'ozone dans la vallée du bas Fraser (VBF) a changé au cours d'une période rétrospective de 20 ans (1985–2005) en nous servant de modèles numériques, d'observations et de données sur les émissions pour quatre épisodes clés choisis dans la période de 20 ans. Ce sont les différences observées entre les tendances dans les concentrations épisodiques d'ozone enregistrées à certaines stations de surveillance dans la vallée qui ont motivé cette étude : les stations dans la partie ouest de la vallée ont généralement affiché une réduction notable des concentrations épisodiques d'ozone alors que les stations dans la partie est de la vallée n'ont montré que peu ou pas d'amélioration dans les valeurs maximales des concentrations moyennes d'ozone sur 8 heures. Concurremment avec ces changements dans la qualité de l'air, il s'est produit une réduction bien documentée dans les émissions de précurseurs de l'ozone en même temps qu'un déplacement observé dans les configurations de population dans la vallée au cours de la période de 20 ans. Nous avons étudié la formation d'ozone au cours de quatre épisodes, englobant les différents régimes météorologiques survenus lors des événements d'ozone dans la VBF et couvrant la période rétrospective, à l'aide du système de modélisation SMOKE (Sparse Matrix Operator Kernel Emissions) – CMAQ (Community Multiscale Air Quality) du WRF (Weather Research and Forecasting). Pour chaque épisode, nous avons effectué deux simulations visant à isoler l'effet des changements dans les émissions de l'effet des changements météorologiques, l'une avec les émissions réglées au niveau de 1985 et l'autre avec les émissions réglées au niveau de 2005. En nous basant sur l'analyse de la sortie du modèle, les données d'observation et les inventaires des émissions de précurseurs, nous trouvons que la stations de Port Moody dans l'ouest de la VBF demeure un endroit sensible aux composés organiques volatiles (COV); la partie centrale de la VBF, autour de la ville de Chilliwack, a généralement changé de « limitée par les COV » à « limitée par les NO_x »; la partie la plus à l'est de la vallée, autour de la ville de Hope, était et est restée « limitée par les NO_x ». De plus, d'après les données d'observation et la sortie du modèle numérique, l'efficacité de la production d'ozone en fonction de NO a notablement augmenté à Chilliwack et vraisemblablement dans les autres parties de l'est de la vallée. Cette augmentation d'efficacité a probablement annulé certains gains provenant des réductions dans les émissions locales de NO_x.     

Lapse Rate Adjustments of Gridded Surface Temperature Normals in an Area of Complex Terrain: Atmospheric Reanalysis versus Statistical Up-Sampling

The applicability of elevation-regression based interpolation methods for long-term temperature normals, for example the Parameter-elevation Regressions on Independent Slopes Model (PRISM), becomes increasingly limited in data sparse, complex terrain such as that found in mountainous British Columbia (BC), Canada. Recent methods to improve both the resolution and accuracy of interpolation models have focused on the development of “up-sampling” algorithms based on local lapse rate adjustments to the original interpolated surfaces. Lapse rates can be derived from statistical models (e.g., elevation-based polynomial regression equations) or dynamical models (e.g., vertical temperature profiles from numerical weather prediction (NWP) models). This study compares a widely used statistical up-sampling algorithm, ClimateBC, with two NWP reanalysis products, the National Centers for Environmental Prediction/National Corporation for Atmospheric Research, Reanalysis 1 (NCEP1) and the more modern European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF) Reanalysis Interim (ERA-Interim). Thirty-year climate normals for maximum and minimum temperatures were calculated using statistical up-sampling and NWP lapse rate adjustments to existing PRISM-based climate normals at a subset of stations in BC. Specifically, up-sampling model evaluation was performed using 1951–80 climate normals from an independent set of 54 surface stations (1 m to 2347 m) which were not included in the PRISM interpolation or assimilated into the NWP reanalysis products. All models performed similarly for minimum temperature, which showed only a slight improvement over PRISM. For maximum temperature, ClimateBC, NCEP1 and ERA-Interim all performed significantly better than PRISM, in particular during spring and summer. The ERA-Interim reanalysis outperformed NCEP1 in almost all months. The results suggest that lapse rate adjustment algorithms based on reanalysis products will have greater potential as progress continues on developing NWP components.

R ésumé ?[Traduit par la rédaction] L'application des techniques d'interpolation par régression en fonction de l'altitude pour les normales de température à long terme, comme le Parameter-elevation Regressions on Independent Slopes Model (PRISM), devient très difficile dans les régions accidentées pour lesquelles on dispose de données insuffisantes, par exemple les secteurs montagneux de la Colombie-Britannique (C.-B.) au Canada. Les toutes dernières méthodes destinées à augmenter le degré de résolution des modèles d'interpolation et leur précision reposent sur la conception d'algorithmes d’échantillonnage vertical fondés sur l'ajustement des surfaces interpolées originales au moyen du gradient vertical local. Nous pouvons établir les gradients verticaux à partir de modèles statistiques (p. ex., des équations de régression polynomiales en fonction de l'altitude) ou de modèles dynamiques (p. ex., des profils verticaux de température à partir de modèles de prévision numérique du temps (PNT)). Dans la présente étude, nous comparons un algorithme d’échantillonnage vertical statistique communément utilisé, le programme ClimateBC, à deux produits de réanalyse de PNT, celle des National Centres for Environmental Prediction/National Corporation for Atmospheric Research Reanalysis 1 (NCEP1), et la réanalyse provisoire (ERA-Interim) du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF). Les normales climatiques de trente ans pour les températures maximums et minimums ont été calculées en appliquant la méthode d’échantillonnage vertical statistique et l'ajustement du gradient obtenu par PNT aux normales climatiques établies à partir du PRISM pour un sous-ensemble de stations en Colombie-Britannique. Plus particulièrement, nous avons procédé à l’évaluation du modèle d’échantillonnage vertical en nous servant des normales climatiques (1951–1980), pour un ensemble de 54 stations d'observation en surface indépendantes (1?m à 2347?m), exclues du modèle d'interpolation PRISM et des produits de réanalyse de PNT. Pour tous les modèles, nous avons obtenu des résultats comparables pour la température minimum, soit une légère amélioration seulement par rapport au PRISM. Pour la température maximum, nous avons obtenu avec ClimateBC, NCEP1 et ERA-Interim, des résultats nettement plus probants qu'avec PRISM, notamment au printemps et en été. Les réanalyses ERA-Interim ont donné de meilleurs résultats que NCEP1 pour pratiquement tous les mois. D'après ces résultats, le potentiel des algorithmes d'ajustements des gradients verticaux de température, établis à partir de produits de réanalyse se renforcera à mesure que les composantes de PNT se développeront.     

Étude sur la propagation de l'erreur dans un modèle spectral

Résumé

Nous présentons les résultats d'une expérience numérique concernant la sensibilité d'un modèle de prévisions atmosphériques. Cette expérience a consisté à pertuber les conditions initiales dans le golfe de l'Alaska et à comparer les prévisions de cinq jours obtenues à partir des mêmes conditions initiales avec et sans perturbation. La perturbation introduite dans la fonction de courant est une dépression à symétrie radiale, d'environ 2000 km de rayon et de valeur centrale maximum de ‐10 dam. Le modèle utilisé est un modèle spectral barocline à cinq niveaux, tronqué “rhomboïdalement” à 20 ondes. La même perturbation a été introduite à tous les niveaux.

Nous avons trouvé, que, dans ce modèle, 1. la vitesse de propagation de la majeure partie de l'erreur moyenne et de l'écart type était égale à tous les niveaux, compte tenu de la marge d'erreur, et ne semble pas être directement reliée à la vitesse zonale moyenne. Elle vaut 18 ± 2ms^‐1.

2. la vitesse de propagation des centres d'erreur moyenne et d'écart type est plus faible. Elle est voisine de 12 ±2 m s^‐1 independamment du niveau.

3. l'intensité de l'erreur moyenne et de l'écart type augmente avec la hauteur provoquant ainsi un déplacement vers l'est plus rapide du contour de 1 dam de cette erreur ou de cet écart. Cette vitesse est de 20 m s^‐1 à la 85 kPa, 33 m s^‐1 à la 50 kPa et 37 m s^‐1 à la 20 kPa. En moyenne, cette vitesse est 50% supérieure à la vitesse zonale moyenne du niveau. Au cinquième jour, la valeur du centre initial de l'écart type ne dépasse pas 4 dam tandis que d'autres centres se sont formés à l'avant pendant la période de prévision et valent entre 4 et 11 dam selon le niveau.

4. l'écart type total de l'hémisphère décroît plus ou moins rapidement au début de la période de prévision en fonction de la hauteur. Cet écart double ensuite sur une période de 2¼ jours à partir de 36 h à la 20 kPa, à partir de 60 h à la 50 kPa et à partir de 72 h à la 85 kPa, jusqu'à la fin de la période de prévision.

     

Contribution durant des épisodes hydrologiques extrêmes des apports atmosphériques et souterrains en ions majeurs à la qualité des eaux de surface*

Résumé

Le comportement des ions majeurs (Ca⁺², Mg⁺², Na⁺, K⁺, Cl^?, SO₄ ^?2) et de la conductivité en rivière en fonction des épisodes hydrologiques extrêmes est examiné. Plus précisément, les concentrations moyennes de chaque ion majeur, de même que la composition chimique globale des eaux en étiage et en crue sont confrontées aux valeurs obtenues dans les eaux de précipitation et les eaux souterraines. Il en ressort que, dans les eaux de la rivière Sainte‐Anne, même pour les épisodes d'étiage les plus sévères, la concentration des ions majeurs diffère sensiblement de celle des eaux souterraines. Par ailleurs, on observe que les concentrations sont significativement plus élevées en étiage qu'en crue pour l'ensemble des paramètres, ce qui est également mis en évidence par les relations concentration‐débit. Un bilan massique chimique par épisode a été esquissé, mais la contribution des eaux souterraines y apparaît généralement trop forte; on en déduit qu'une fraction seulement des eaux souterraines possède la concentration typique des eaux de puits ou que la nappe superficielle alimentant principalement l'écoulement en étiage, est bien moins chargée. Ces résultats mettent en évidence la complexité de l'évolution de la qualité même pour les éléments de comportement réputé simple.