Reconstructions hydrologiques

Les deux r´eanalyses atmosph´eriques 20CR (Compo et al.,2011) et ERA20C (Poli et al., 2013;Stickler et al.,2014) ont ´et´e d´esagr´eg´ees avec une version modifi´ee de la m´ethode statistique pr´esent´ee pr´ec´edemment (Chapitre 3). Le choix du meilleur analogue a ´et´e modifi´e pour tirer profit des observations mensuelles homog´en´eis´ees de pr´ecipitations disponibles sur environ 300 stations en France sur le XX`emesi`ecle (Moisselin et al.,2002). Cette version modifi´ee de la m´ethode de d´esagr´egation a ´et´e d´evelopp´ee par Julien Bo´e. Dans cette version modifi´ee, les dix meilleurs analogues sont utilis´es pour construire 5000 s´eries journali`eres sur toute la p´eriode `a d´esagr´eger. Ces 5000 s´eries sont construites en r´ealisant, chaque jour, un tirage al´eatoire parmi les dix meilleurs analogues. Les moyennes mensuelles de pr´ecipitations des 5000 s´eries sont ensuite calcul´ees sur la grille Safran. Ensuite, chaque mois de la p´eriode `a d´esagr´eger, l’erreur quadratique moyenne sur la France est calcul´ee entre les observations standardis´ees de pr´ecipitations et les 5000 cartes mensuelles, elles aussi standardis´ees. Pour chaque station d’observation, la valeur est compar´ee `a celle de la maille Safran la plus proche. Finalement, le mois parmi les 5000 pour lequel l’erreur quadratique moyenne est la plus faible est retenu. Les jours analogues utilis´es pour ce mois sont choisis pour construire la s´erie journali`ere analogue de pr´ecipitations. Les autres variables atmosph´eriques sont reconstruites en utilisant les valeurs du jours analogues sans aucune correction suppl´ementaire. Cette op´eration est r´ep´et´ee pour tous les mois de la p´eriode `a d´esagr´eger.

Cette approche permet de conserver les avantages de la m´ethode des analogues tout en tirant profit des observations de pr´ecipitations mensuelles disponibles. Le jour analogue est toujours choisi parmi les dix meilleurs jours, ce qui permet de ne pas trop d´egrader la variabilit´e journali`ere. Par contre, la variabilit´e basse-fr´equence des pr´ecipitations est

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nettement mieux reproduite que par la simple d´esagr´egation. En conservant l’approche des analogues, la coh´erence physique entre les variables d´esagr´eg´ees et la coh´erence spatiale des variables elles-mˆemes sont toutes les deux conserv´ees. Les reconstructions hydrologiques `a l’aide des r´eanalyses atmosph´eriques ont ´et´e r´ealis´ees entre 1900 et 2005. Les observations de d´ebits utilis´ees sont issues de la Banque Hydro, comme certaines valeurs sont manquantes, elles ont ´et´e compl´et´ees. Pour une saison, lorsque plus de 70% des valeurs sont disponibles, la moyenne est calcul´ee en omettant les valeurs manquantes, si jamais moins de 70% des valeurs sont disponibles, la moyenne est remplac´ee par la moyenne saisonni`ere sur toute la p´eriode. Sur les stations ´etudi´ees, les ann´ees sans observations sont rares, en g´en´eral quelques ann´ees pendant la Seconde Guerre Mondiale, et n’ont donc qu’une influence limit´ee sur l’estimation de la variabilit´e multi-d´ecennale. Quatre stations sont ´etudi´ees, chacune sur un des grands bassins versants fran¸cais. Les observations `a la station de la Loire `a Montjean-sur-Loire sont disponibles de 1863 `a aujourd’hui, et de 1920 `a aujourd’hui `a la station du Rhˆone `a Beaucaire. Pour la Ga- ronne, les stations du Mas-d’Agenais et de Tonneins ont ´et´e concat´en´ees en 1989, la seconde correspondant au d´eplacement de la premi`ere. Les diff´erences dues `a ce change- ment sont consid´er´ees comme n´egligeables dans notre cas. Pour la Garonne `a Tonneins, les observations de d´ebits vont donc, en consid´erant les deux stations ensemble, de 1913 `

a aujourd’hui. Enfin pour la Seine `a Paris, les mesures avant et apr`es la construction des grands lacs dans les ann´ees 1970 ont ´egalement ´et´e concat´en´ees, les observations sont ainsi disponibles de 1885 `a aujourd’hui. Il est possible que cela n’ait que peu d’in- fluence sur la variabilit´e multi-d´ecennale des d´ebits observ´ees. La comparaison avec les reconstructions hydrologiques permettra d’´evaluer en partie cette hypoth`ese.

La variabilit´e multi-d´ecennale saisonni`ere n’a ´et´e examin´ee que pour les stations de la Garonne `a Tonneins et la Loire `a Montjean-sur-Loire. L’influence des barrages et des pr´el`evements sur les d´ebits saisonniers de la Seine et du Rhˆone ´etant incertaine, il a ´et´e fait le choix de ne regarder que les d´ebits annuels pour ces deux bassins versants. Afin de ne conserver que les variations basse-fr´equence des d´ebits, les s´eries ont ´et´e filtr´ees avec un filtre passe-bas Lanczos `a une fr´equence de coupure correspondant `a une p´eriode de 20 ans (Figure 4.2).

Les reconstructions hydrologiques pr´esentent globalement de bonnes performances. Elles sont g´en´eralement bien corr´el´ees aux observations pour toutes les saisons sur les stations de la Loire et de la Garonne (Figure 4.2). L’amplitude des variations est souvent plus faible dans les reconstructions hydrologiques mais il faut aussi noter que le d´ebit saison- nier moyen est ´egalement plus faible dans les reconstructions en hiver et au printemps (Figure 4.2). La variabilit´e des d´ebits annuels est ´egalement bien reproduite malgr´e des

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Figure 4.2: Anomalies des d´ebits (m3 s−1) observ´es (noir), reconstruits en utilisant les r´eanalyses 20CR (bleu) et ERA20C (marron) et simul´es apr`es d´esagr´egation de 10 simulations de GCM (vert) pour les quatre saisons sur la Garonne `a Tonneins (en haut) et la Loire `a Montjean et pour les d´ebits annuels sur les quatre grands bassins versants fran¸cais (la Seine `a Paris, la Garonne `a Tonneins, la Loire `a Montjean-sur-Loire et le Rhˆone `a Beaucaire). La tendance a ´et´e retir´ee et les s´eries sont filtr´ees avec un filtre passe-bas Lanczos d’une fr´equence de coupure de 20 ans. Les saisons sont indiqu´ees par les premi`eres lettres des mois : DJF : D´ecembre-Janvier-F´evrier, MAM : Mars-Avril- Mai, JJA : Juin-Juillet-Aoˆut, SON : Septembre-Octobre-Novembre et enfin YEAR pour

l’ann´ee hydrologique.

performances moins convaincantes pour les stations de la Seine et du Rhˆone (Figure 4.2).

L’examen de toutes les stations simul´ees par Modcou montre que la variabilit´e multi- d´ecennale observ´ee au printemps, et dans une moindre mesure sur les d´ebits annuels, est ´egalement pr´esente sur l’ensemble du pays (non pr´esent´e). La seule source de varia- bilit´e dans les reconstructions hydrologiques ´etant le for¸cage atmosph´erique, cela semble confirmer l’origine climatique de la variabilit´e multi-d´ecennale des d´ebits constat´ee par Bo´e et Habets(2014).

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