Corrélations au pas de temps journalier

Nous avons effectué un exercice de corrélation similaire au précédent mais en

passant à un pas de temps journalier sur la période 2002-2003. Au cours de cette

période, le bilan radiatif net de courtes longueurs d’onde était de loin la variable la plus

fortement impliquée dans les processus de fonte (r = 0,88, n = 530, p = 0,001) (Tableau

4.6), cf. Favier et al. (2004a et b) pour plus de détails). La fusion peut donc être

modélisée avec une précision raisonnable à partir de cette variable uniquement.

Reproduire les variations d'albédo est donc crucial en Equateur. Ici, nous observons que

l'albédo est la seule variable présentant une corrélation significative avec la température

au niveau journalier (même si les corrélations sont plutôt faibles avec T (r = -0,53), et

avec le cumul des valeurs de température demi-horaires positives (notée T+, r = -0,53)

celles-ci sont significatives à p = 0,001). Ce point reflète l'impact important du

l’altitude de l’isotherme 0°C sur la phase de précipitation et explique pourquoi la fusion

est également significativement corrélée avec la température (r = 0,62 et 0,62, avec T et

T +, respectivement). Inversement, les corrélations entre la fusion et la vitesse du vent

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ou les précipitations sont inexistantes (Tableau 4.6). La construction d'un modèle de

fusion basé sur les valeurs journalières de la température apparaît donc en partie

justifiée.

Néanmoins, la faiblesse des corrélations observées ne permet pas de justifier de

façon indiscutable l’existence d’une relation entre bilan de masse et température. Ecrire

un modèle sur la base de la relation existant entre température et fusion serait donc

hasardeux. Nous avons donc décidé d'aller plus loin dans cette analyse et avons

examiné si les corrélations entre la température, la fonte ou les valeurs des flux de

chaleur entrants étaient stables au cours de l'année.

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Tableau 4.6. Coefficients de corrélation (r) calculés entre les valeurs journalières de température, température positive cumulée (T +), fusion (Q), la vitesse du vent (u) et les différents flux d'énergie mesurés à AWSG1 au cours de la période 2002-2003 (n = 530 jours). Les périodes de haute et basse vitesse du vent (période 1 et période 2 (dénommées P1 et P2 dans ce tableau)) représentent 240 et 290 jours, respectivement. Une séparation additionnelle est effectuée pour la période 1 pour garder les observations. Sont notés en gras les coefficients de corrélation significatifs (p = 0,001).

r Significatif à 0.001 si |r| est plus élevé que ΔQ S_↓ S_↑ S  L_↓ L_↑ L R H LE LE+H T, °C, P1+P2 0.15 0.62 0.13 0.37 0.45 -0.53 -0.16 -0.23 -0.21 0.46 0.09 0.14 0.45 P1(P1 & 𝑢̅ < 4 m s-1) 0.22(0.45) 0.60(0.48) 0.15(0.43) 0.39(0.09) 0.47(0.48) -0.53(-0.44) -0.28(-0.54) -0.13(0.22) -0.32(-0.56) 0.43(0.36) 0.07(0.52) 0.05(-0.25) 0.23(0.28) P2 0.20 0.60 0.45 0.11 0.56 -0.50 -0.47 -0.02 -0.51 0.46 0.53 -0.20 0.60 T+, °C, P1+P2 0.15 0.62 0.21 0.29 0.49 -0.53 -0.23 -0.10 -0.27 0.47 0.08 0.13 0.43 P1(P1 & 𝑢̅ < 4 m s-1) 0.22(0.45) 0.58(0.54) 0.16(0.48) 0.34(0.10) 0.44(0.53) -0.49(-0.47) -0.26(-0.56) -0.04(0.25) -0.29(-0.58) 0.41(0.42) 0.04(0.44) 0.08(-0.21) 0.25(0.24) P2 0.20 0.61 0.51 0.07 0.60 -0.51 -0.54 0.12 -0.57 0.48 0.44 -0.14 0.54 Precipitation, mm, P1+P2 0.15 -0.28 -0.20 -0.13 -0.34 0.37 0.32 -0.16 0.33 -0.25 -0.19 0.13 -0.09 P1(P1 & 𝑢̅ < 4 m s-1) 0.22(0.45) -0.30(-0.39) -0.23(-0.06) -0.15(-0.44) -0.36(-0.40) 0.38(0.47) 0.40(0.32) -0.12(-0.07) 0.41(0.35) -0.24(-0.35) -0.24(-0.07) 0.17(0.15) -0.07(0.10) P2 0.20 -0.30 -0.19 -0.17 -0.32 0.39 0.29 -0.22 0.28 -0.27 -0.14 0.06 -0.14 u, m s-1, P1+P2 0.15 0.05 0.66 -0.53 0.32 0.03 -0.53 0.27 -0.54 0.09 0.82 -0.79 -0.04 P1(P1 & 𝑢̅ < 4 m s-1) 0.22(0.45) -0.17(-0.05) 0.62(0.18) -0.56(-0.18) 0.18(0.04) 0.11(0.07) -0.50(-0.11) 0.22(-0.19) -0.50(-0.17) -0.06(-0.03) 0.79(0.62) -0.75(-0.62) -0.13(-0.01) P2 0.20 0.43 0.52 -0.17 0.45 -0.22 -0.32 -0.11 -0.36 0.40 0.75 -0.75 0.21 ΔQ, mm eq.e,, P1+P2 0.15 0.44 0.46 0.88 -0.86 -0.29 -0.19 -0.34 0.94 0.15 -0.02 0.23 P1(P1 & 𝑢̅ < 4 m s-1) 0.22(0.45) 0.34(0.62) 0.62(0.49) 0.85(0.97) -0.90(-0.92) -0.33(-0.55) -0.22(-0.11) -0.38(-0.64) 0.91(0.96) 0.01(0.14) -0.02(-0.33) -0.03(-0.22) P2 0.20 0.73 0.26 0.97 -0.83 -0.52 -0.01 -0.56 0.96 0.52 -0.34 0.40

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Il apparaît que la vitesse du vent est la seule variable conduisant à une saisonnalité

significative des variables météorologiques sur le site du glacier 15a. Forts de ce constat,

nous avons analysé les corrélations en fonction de la vitesse du vent. Nous regardons ici les

corrélations existant entre S↓, L↓, LE, H et la fusion, et montrons que celles-ci sont

grandement affectées par les épisodes de vents forts. En effet, les choses s’éclairent si nous

divisons la période étudiée en fonction de la vitesse du vent [période 1 = période ventée, et

période 2 = sans vent, voir [Favier et al., 2004a]. Nous considérons ici la période 1 comme

la période allant du 1 juillet au 15 octobre, et la période 2 comme la partie restante de

l’année. S↓ apparaît alors significativement corrélée avec la fusion pendant la période 2

(Tableau 4.6), alors que ce n’est plus le cas au cours de la période 1. Il arrive aussi que des

conditions de vent faible surviennent lors de la période 1 (nous considérons ici une période «

sans vent » lorsque la moyenne mobile sur 7 jours de la vitesse du vent est inférieure à 4 m

s

). Dans ce cas, la corrélation redevient significative de façon intermittente. Le vent a donc

un rôle important sur la relation existant entre T et les flux d’énergie. Lors des jours « sans

vent », les flux turbulents de chaleur sont faibles. La fonte est alors fortement reliée á S. Le

brassage de l’air n’est pas non plus suffisant pour altérer la relation existant entre S et le

réchauffement de surface. La température de l'air est donc modérément mais

significativement corrélée avec S (p = 0,001). Cependant, cette relation disparaît

totalement lorsque les vents sont forts car les flux turbulents jouent un rôle de plus en plus

important dans le bilan d’énergie de surface et dans les processus de fusion. Ces

observations sont confirmées lorsque nous analysons en détail les relations existant entre T+

et les différents flux du bilan d’énergie de surface au cours des jours pour lesquels des

mesures directes de fusion ont été effectuées sur le terrain (Figure 4.2). En effet, les valeurs

de T+ sont alors corrélés significativement (p = 0,001) avec le rayonnement incident de

courtes longueurs d’onde et avec le rayonnement net de courtes longueurs d’onde

uniquement au cours des périodes sans vent. Les corrélations disparaissent là-encore lorsque

les flux turbulents deviennent élevés, (en raison des vents forts).

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Figure 4.2. Comparaison entre les valeurs de températures cumulées positives sur la journée et la fonte mesurée dans les boîte de fusion et a) rayonnement de courtes longueur d’onde incident, b) rayonnement net de courtes longueurs d’ondes, c) rayonnement de grandes longueurs d'onde incident, d) flux turbulent de chaleur latente, e) flux turbulent de chaleur sensible, et f) flux turbulents de chaleur (LE + H). Les carrés bleus se réfèrent à la période 1 (période de vent) et des cercles rouges se réfèrent à la période 2 (période « sans vent »). Les droites de régression et les coefficients de corrélation sont effectuées à partir des données de la période 2 seulement.

En conséquence, au cours des périodes de vent faible ou modéré, une corrélation

significative apparaît entre la température de l'air et S↓, ainsi qu’entre T et l’albédo. Nous

avons calculé que la proportion des volumes de fonte apparaissant au cours des périodes de

vent faibles (période 2 et période 1 avec u < 4 m s

) représentait 73 % du volume total de

fusion au cours de la période étudiée (i.e. 12,0 m éq. e). C’est pourquoi, nous proposons

d’écrire l’équation d’un modèle simplifié de fusion à partir de la relation simple existant

entre S↓ et T, même si la reproduction de la fonte par ce modèle est vouée à l'échec lors des

périodes de grand vent. Si nous supposons que le rayonnement de courtes longueurs d’ondes

est la variable principale qui régit les processus de fonte de surface, nous pouvons alors

écrire la relation suivante :

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Fusion = f(𝑇) (1 – .) ( mm éq.e. j

) (14)

où T est la température moyenne journalière et f est la fonction intégrant les

variations du rayonnement incident de courtes longueurs d’ondes induites par celles de la

température journalière et est l’albédo. Si nous supposons que f (T) est linéaire (f(T) =

S↓), alors cette relation est équivalente à celle d’un modèle simple de type PDD. Les

conditions constamment humides et tempérées observées en Equateur indiquent que la

surface est en permanence susceptible de connaître une situation de fonte. Ainsi, une petite

augmentation de l'énergie incidente peut augmenter fortement la fusion. C’est pourquoi, en

dépit de la corrélation relativement faible existant entre S↓ et T, un tout petit changement de

température peut avoir un impact potentiellement élevé sur la fusion. Nous avons donc tenté

de voir dans quelle mesure un modèle de type PDD pouvait constituer un modèle simplifié

pour évaluer la fonte à partir de la température journalière et des précipitations en Equateur.