Improving models of the land thermal regime for climate simulation

Hermoso de Mendoza Naval, Ignacio (2019). « Improving models of the land thermal regime for climate simulation » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de l'environnement.

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Résumé

La modélisation numérique des processus thermiques souterrains dans les modèles de surface terrestre nécessite l'utilisation de conditions aux limites inférieures appropriées pour le sous-sol. Cette thèse est divisée en trois chapitres : les deux premiers traitent de la modification des conditions aux limites du sous-sol dans un modèle climatique, afin d'obtenir des profils de température réalistes et d'étudier leurs conséquences, tandis que le troisième concerne l'application d'un modèle numérique d'un glacier pour obtenir des contraintes d'écoulement glaciaire à partir du profil de température vertical. Le premier chapitre examine les problèmes découlant de l'utilisation de modèles de surface terrestre avec une limite inférieure du sous-sol excessivement peu profondes dans les simulations climatiques, ainsi que les effets du flux de chaleur nul à cette limite inférieure. Une limite inférieure peu profonde reflète l'énergie à la surface, ce qui, associé à l'absence de gradient géothermique, modifie le bilan énergétique de surface et l'état thermique à long terme du sous-sol. Nous décrivons le modèle de subsurface dans le Community Land Model version 4.5 (CLM4.5) et les modifications introduites pour obtenir une limite inférieure suffisamment profonde pour le sous-sol et un flux de chaleur de la croûte non nul à la limite inférieure pour induire un gradient géothermique. Nous opérons les versions modifiées et originales du CLM4.5 entre 1901 et 2300, en utilisant le forçage historique au cours de la période 1901-2005 et deux scénarios futurs d'émissions modérées (RCP 4.5) et élevées (RCP 8.5) entre 2005-2300. L'augmentation de l'épaisseur du sous-sol de 42.1 à 342.1 m augmente la chaleur stockée dans le sous-sol entre 1901 et 2300 de 217% (RCP 4.5) à 260% (RCP 8.5). En utilisant le flux de chaleur continental moyen 60 mW m-2 â la base du modèle, la température à la frontière sol-substrat (3.8 m de profondeur) augmente de 0.12 ± 0.03 K et â la base (42.1 m de profondeur) de 0.8 ± 0.04 K, indépendamment du scénario. En modifiant l'état thermique du sous-sol et le bilan énergétique de surface, la limite inférieure affecte d'autres éléments du modèle de surface terrestre, tels que le pergélisol, le carbone du sol, la végétation et la production de méthane. Le deuxième chapitre examine comment ces processus sont affectés au cours de la période 1901-2300 dans les mêmes simulations que celles décrites dans le deuxième chapitre. L'augmentation de l'épaisseur du sous-sol de 42.1 à 342.1 m réduit de 1.6% (RCP 4.5) à 1.9% (RCP 8.5) la perte de pergélisol près de la surface entre 1901 et 2300, et réduit la perte de carbone dans le sol de 1.6% (RCP 4.5) à 3.6% (RCP 8.5). Un flux de chaleur crustal de 80 mW m-2 a peu d'effet sur l'étendue du pergélisol, mais il réduit la perte de carbone dans le sol de 4.4% (RCP 4.5) à 22.4% (RCP 8.5). Ces effets sont non négligeables, ce qui suggère que l'utilisation de conditions de base appropriées pour le sous-sol est nécessaire pour obtenir une représentation robuste, non seulement du régime thermique terrestre, mais aussi des processus se produisant dans la surface et le sous-sol peu profond. Le troisième chapitre présente un modèle numérique de l'écoulement vertical de la glace et de la génération et de la conduction de la chaleur dans un glacier. Il est appliqué au profil de température mesuré dans le forage à EPICA Dome C dans l'Antarctique de l'Est. Ce modèle utilise l'histoire de la température de l'air en surface, de l'accumulation de neige et de la hauteur du glacier en tant que conditions limites et calcule le profil vertical actuel de la température, qui dépend de plusieurs paramètres (inconnus) de l'écoulement glaciaire. Nous utilisons la méthode de Monte-Carlo pour obtenir des contraintes sur ces paramètres : nous explorons l'espace des paramètres et comparons les profils de température calculés avec le profil mesuré pour trouver des distributions de probabilités pour les paramètres inconnus. Nous avons déterminé un flux de chaleur de la croûte de 51.1 ± 1.4(2σ) mW m-2, supérieur à la valeur apparente (mesurée directement à la base du glacier). Nous avons trouvé une valeur pour l'exposant de Glen de 1.91 ± 0.11(2σ) et un couplage de température air-glace de 0.36 ± 1.2(2σ) K. Le rapport de glissement est limité à une valeur maximale de 0.4 et le paramètre de la fonction flux à une valeur maximale de 7 .4, avec un intervalle de confiance 2σ. Notre modèle est capable d'obtenir des valeurs bien contraintes pour les paramètres les plus importants de l'écoulement de la glace. Le modèle peut être appliqué à d'autres sites, mais les résultats peuvent être affectés par des valeurs élevées de fusion à la base du glacier. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modèles climatiques, modèles de surface terrestre, flux thermique, températures souterraines, limite inférieure, gradient géothermique.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Beltrami, Hugo
Mots-clés ou Sujets: Climat -- Modèles numériques / Surface terrestre -- Modèles numériques / Propriétés thermiques des sols / Flux de chaleur / Flux géothermique / Zones souterraines
Unité d'appartenance: Instituts > Institut des sciences de l'environnement (ISE)
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 26 nov. 2019 11:10
Dernière modification: 26 nov. 2019 11:10
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/12934

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