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5.2.2 Mesures de bilan de masse

5.3.1.6 Calage du modèle d’albédo

La routine de calcul de l'albédo a été calée à partir des mesures de 2002-2003. Ce

calage a été effectué en utilisant les paramètres optimaux proposés dans la section

précédente.

Nous avons tout d’abord calé le modèle en optimisant les valeurs du coefficient de

Nash obtenu entre les valeurs de bilan de masse mensuel mesurées et modélisées. Nous

verrons que cette méthode permet de reproduire parfaitement le bilan de masse de surface

sur le cycle étudié, mais donne des valeurs incohérentes pour l’albédo. Nous avons donc

choisi d’effectuer une optimisation de l’albédo journalier calculé. Nous observerons que

cette méthode permet de calculer un albédo de qualité mais reproduit assez mal les bilans de

masse de surface. Nous avons finalement créé un nouvel estimateur à l’aide de l’équation

(16) en prenant garde d’optimiser les valeurs d’albédo et de bilan de masse de surface. Nous

verrons que cet estimateur est plus satisfaisant dans notre cas.

a) Calibration initiale, critique de l’approche précédente et adaptation

Le calage du modèle est effectué de façon à obtenir la meilleure correspondance

entre bilans de masse mensuels mesurés et modélisés. Cette approche présente le

désavantage de reproduire avec précision les variations du bilan de masse moyenne sur un

mois (Figure 5.3, courbe noire), sans se soucier vraiment de la qualité de la reproduction des

variations journalières. Cette méthode conduit donc à reproduire correctement l’albédo

moyen mais pas les variations brutales d’albédo (Figure 5.4). Il en résulte une reproduction

assez correcte du bilan radiatif de courtes longueurs d’onde sur un mois mais pas des

variations brutales de l’albédo. Plus précisément, les valeurs d’albédo élevées sont bien

reproduites car une différence d’albédo de 0,05 a des répercutions fortes sur le bilan

d’énergie. Par contre, lorsque que l’albédo est proche de 0,2 à 0,4 les variations sont assez

mal reproduites, la calibration étant seulement capable de reproduire une valeur moyenne.

C’est pourquoi cette approche permet de reproduire précisément les valeurs d’albédo de la

neige mais pas celles de la glace.

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Figure 5.3. Valeurs de bilan de masse de surface observées (cercles) et calculées dans le cadre de l’optimisation de l’albédo (courbe grise, les valeurs du coefficient obtenues avec les valeurs d’albédo Ealbedo = 0.50, avec le bilan de masse EMB = 0.32) et de l’optimisation du bilan de masse (courbe noire, Ealbedo = 0.45 et EMB = 0.79). Les barres au-dessus et en dessous des cercles représentent l’erreur de mesure des balises.

Une analyse des paramètres optimaux (voir Tableau 5.3) du modèle d’albédo montre

que le problème concerne principalement les valeurs d’albédo de la glace sale et propre qui

sont élevées et pratiquement identiques, empêchant une décroissance rapide de l’albédo.

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Figure 5.4. Calibration optimale de l’albédo en se basant sur les valeurs du coefficient de Nash calculé à partir des valeurs mensuelles de bilan de masse (Ealbedo). La courbe bleue présente les mesures, la courbe rouge présente la simulation optimale de l’albédo.

Cette modélisation offre donc des résultats de mauvaise qualité en terme d’albédo.

Sachant que c’est l’albédo qui contrôle les variations du bilan de masse avec l’altitude, ce

point laisse penser que les résultats du modèle à d’autres altitudes seront médiocres.

b) Seconde approche, analyse critique et adaptation

Nous avons donc opté pour un calage sur les valeurs d’albédo. Ce calage permet

effectivement de mieux reproduire les variations haute fréquence de l’albédo (Figure 5.5).

Par contre, le modèle est incapable de reproduire correctement les variations de bilan de

masse mesurées. La valeur du coefficient de Nash entre bilans mensuels mesurés et calculés

est assez médiocre (Figure 5.3, courbe grise).

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Figure 5.5. Calibration optimale de l’albédo en se basant sur les valeurs du coefficient de Nash calculé à partir des valeurs journalières d’albédo (Ealbedo). La courbe bleue présente les mesures, la courbe rouge présente la simulation optimale de l’albédo.

Ce calage est donc lui aussi insatisfaisant car il ne permet pas de rendre compte de

l’ablation observée. Nous avons donc effectué une troisième optimisation des paramètres.

c) Application du troisième estimateur

L’utilisation du troisième estimateur donne des résultats de qualité en termes de bilan

de masse (Figure 5.6), même si les variations d’albédo restent relativement proches de celles

observées avec l’estimateur E

BM

(Figure 5.6).

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Figure 5.6. Valeurs de bilan de masse de surface observées (cercles) et calculées dans le cadre de l’optimisation à l’aide du troisième estimateur. La courbe en noir représente la simulation optimale. Les barres au-dessus et en-dessous des cercles représentent l’erreur de mesure des balises.

d) Analyse des paramètres optimaux obtenus

Les paramètres optimaux sont présentés dans le Tableau 5.3. Ceux-ci peuvent être

comparés à ceux proposés par Sicart et al., [2011] sur le glacier du Zongo ou par Oerlemans

et Knap, [1998] dans les Alpes. Nos paramètres sont significativement différents de ceux

proposés par Sicart et al., [2011], confirmant les conclusions effectuées par Wagnon et al.,

[2009], qui avaient montré que le manteau neigeux saisonnier était mieux reproduit lorsque

l’albédo était forcé à partir des paramétrisations utilisées dans les Alpes. Néanmoins, nous

observons que les paramétrisations des Alpes sont inadaptées dans notre cas, car la

dégradation de l’albédo est plus rapide en Equateur. Cela reflète un métamorphisme rapide.

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Tableau 5.3. Valeurs des paramètres optimisés de la routine d’albédo comparées à celles provenant de publications de Sicart et al. [2011] en Bolivie Oerlemans et Knap. [1998] pour les Alpes.

Optimisation 1 Optimisation 2 Optimisation 3 Sicart et al. 2011 Oerlemans and Knap, 1998 seuil précipitation (mm éq.e/ 30mn) 0,00034 0,0002 0.00036

albédo neige propre 0,97 0.86 0.91 0,9 0,75

albédo névé 0,55 0.62 0.6 0,6 0,53

n* (jours) 0,78 0.87 0.85 10 21,9

e* (mm) 6,8 5.9 6.55 6 32

albedo glace 0,35 0,34

albédo glace propre 0,55 0.47 0.46

albédo glace sale 0,47 0.22 0.21

nstarglace 97 80 82.6

nsglace 1,24 0.59 1.52

L'échelle de temps de la dégradation de la neige après sa chute (n*) est 10 fois plus

faible qu’au Zongo et 20 fois plus faible dans les Alpes, reflétant une dégradation

extrêmement rapide de la neige. La valeur seuil d’épaisseur de neige à partir de laquelle la

surface de la glace sous-jacente est visible (e*) est aussi plus faible que dans les Apes,

indiquant la présence fréquente de faibles couches de neige fraîche humide, donc déjà

grandement transparente au rayonnement de courtes longueurs d’onde. Enfin, l’introduction

d’une dégradation progressive de l’albédo de la glace permet une grande amélioration de nos

résultats, bien que nous ne soyons pas capables de reproduire les variations très brutales de

l’albédo d’un jour sur l’autre. Après calage, l’albédo est donc bien reproduit en moyenne,

mais les variations journalières restent assez mal reproduites. L’albédo journalier est

beaucoup plus variable que celui issu des modélisations. Enfin, malgré la mauvaise

reproduction des variations journalières brutales de l’albédo, la qualité des modélisations du

bilan de masse mensuel est légèrement inférieure à celles obtenue avec l'albédo mesuré (E

BM

=0.64 au lieu de 0.73).