Site NEIGE


Appareil météorologique DFIR

Vision

Promouvoir le potentiel exceptionnel des caractéristiques naturelles et des infrastructures scientifiques qui se trouvent à la Forêt Montmorency pour l’étude de la neige grâce à un programme de recherche intégrateur basé sur la comparaison des appareils de mesures des précipitations solides et la collaboration des institutions et des scientifiques intéressés par le sujet.

L’abondance de neige, l’accessibilité du site, sa localisation au cœur du bouclier Canadien de même que l’abondance et l’ampleur de son historique de mesure hydrométéorologique sont parmi les atouts de ce site qui pourrait éventuellement rivaliser de notoriété avec ceux du Centre for Atmospheric Research Experiments (CARE) près de Egbert, Ontario, Canada, et du National Center for Atmospheric Research (NCAR) Marshall Field Site, situé à Boulder, Colorado, USA.

But et objectifs principaux poursuivis sur le site NEIGE

Le site NEIGE vise à contribuer à l’amélioration de l’estimation des apports en eau pendant la période hivernale grâce au perfectionnement des méthodes de mesure de la neige en milieu forestier, dans le biome boréal.

  • Évaluer la sous-captation horaire, bi-journalière et journalière des précipitations solides pour différents types de précipitomètres et de paravents installés à la Forêt Montmorency.
  • Développer des équations utilisant des paramètres météorologiques usuels afin de permettre le débiaisage des données brutes de précipitation solide en fonction des appareils et des paravents utilisés.
  • Comparer l’efficacité des appareils permettant l’estimation de l’équivalent en eau de la neige contenu dans le manteau nival.
  • Favoriser le partage des données et des résultats entre les intervenants grâce à des activités de transfert de connaissance et des ateliers thématiques.

Précipitomètre de type Geonor
muni d'un paravent Alter

Contexte du développement du site NEIGE

Même s’il est reconnu que la sous-captation est une source de biais important dans la mesure des précipitations solides, la prise en compte de ce facteur n’est toujours pas uniformisée au sein des réseaux de surveillance du climat nationaux. Puisque plusieurs types d’appareils de mesure des précipitations solides (neige, grésil, autres) sont, et ont été, utilisés à travers le Canada, il devient parfois très difficile d’obtenir grâce à eux des informations spatialement et temporellement homogènes. Cette situation est à la source d’incertitudes non négligeables, entre autres, lorsque la neige est un intrant primordial pour la simulation des écoulements en rivières ou encore pour la simulation du couvert de neige en milieu montagneux.

Peu de sites à travers le monde peuvent permettre la comparaison des précipitomètres entre eux. On retrouve au Canada certains de ces sites, ce qui place le pays dans la liste des contributeurs principaux des initiatives de développement de cette science. Le Canada participait d’ailleurs activement au programme international de comparaison des précipitations solides de l’organisation mondiale de météorologie (WMO-SPICE) et il a mis en place un programme parallèle autonome (C-SPICE) visant des objectifs similaires. Le site NEIGE, situé à Forêt Montmorency, Québec, Canada, est à l’heure actuelle le plus important site multi-institutionnel d’observation des précipitations solides au Québec et possiblement parmi les mieux équipés au Canada.

Ce site est d’ailleurs supporté en partie par le Plan d’Action Saint-Laurent (PASL). Cette collaboration entre les gouvernements du Canada et du Québec s’articule autour d’un ensemble de projets spécifiques qui visent, entre autres, à faciliter la mise en commun d’informations hydrométéorologiques. Le site NEIGE étant le seul endroit où des appareils de mesure des précipitations solides respectant les protocoles de mesure des deux organisations (EC et MDDELCC) sont déployés en fait un site d’exception pour ce type de collaboration. De plus, on y retrouve aussi deux paravents, très rares, utilisés à titre de références internationales en matière d’étude des processus de sous-captation, soit un paravent de type Double Fence Intercomparison Reference (DFIR) et un paravent de type « buisson ».

En plus de la mesure des précipitations solides, plusieurs appareils commerciaux novateurs et quelques prototypes sont installés sur le site NEIGE afin de mesurer l’équivalent en eau de la neige. Cette donnée est d’une importance capitale en hydrologie car elle représente l’eau contenue dans le manteau nival qui deviendra disponible au moment de la fonte printanière. Le développement récent d’appareils automatisés basés sur l’atténuation de radiation gamma émis par le sol, l’altération des signaux GPS ou la variation de la masse de la neige constitue une petite révolution par rapport aux mesures manuelle effectuées à grands frais depuis des décennies par les organismes gouvernementaux.

Description du site et des appareils installés


Situation géographique de la Forêt
Montmorency au nord de la Ville de Québec

La Forêt Montmorency est un territoire forestier de 66 km2 situé à environ 80 km au nord de la ville de Québec, en plein bouclier Canadien. En 2012, un agrandissement étend les limites de son territoire sur 412 km2. Sous la responsabilité de l’Université Laval depuis 1965, cette forêt d’enseignement et de recherche a été, dès son inauguration, un haut lieu du développement des sciences météorologiques et hydrologiques. Une station météorologique de référence y est minutieusement suivie et entretenue depuis près de 50 ans. On y a d’ailleurs mesuré une moyenne annuelle de 619 mm d’équivalent en eau tombée sous forme solide, ce qui en fait une des stations météorologiques québécoise mesurant les plus grandes quantités de neige. Depuis février 2014, on y a mesuré en moyenne 160 événements de neige par hiver, dont 75% font plus de 3 mm. À la Forêt Montmorency, on retrouve aussi le bassin expérimental du ruisseau des Eaux-Volées (BEREV), qui est le plus ancien bassin versant forestier jaugé, de petite dimension, au Canada. Avec ses archives hydrométéorologiques continues s’étendant sur plus de 50 ans et la précision de ses mesures, il est possible d’étudier les processus d’accumulation et de fonte de la neige afin d’estimer les effets du débiaisage des données de précipitations solides sur les débits printaniers.

La présence d’un instrument de référence tel que le DFIR (février 2013) est donc à la base de l’initiation de ce projet de comparaison des appareils de mesure de la neige. La diversité des institutions impliquées (> 5, fédérales et provinciales) et des appareils déployés (> 13 appareils de mesure de la neige), l’historique du site (50 ans d’existence en 2015), son accessibilité (< 80 km de Québec), de même que son abondance de neige (> 600 mm de neige par année) permettront d’établir des relations empiriques précises qui pourront ensuite être validées par une approche de bilan hydrologique.

Afin de démontrer les opportunités d’études des précipitations solides, voici une liste sommaire des infrastructures en place, de même que les institutions responsable de celles-ci. Toutes sont actuellement disponibles et pourront être mises à contribution dans le cadre du projet proposé :

  • La station climatique de référence de la Forêt Montmorency RCS (Environnement Canada):
    • Thermo-hygromètre (HMP de Vaisala) dans un abri Stevenson ventilé,
    • Anémomètre (05103 de RM Young) installé à 2 m du sol,
    • Anémomètre (05103 de RM Young) installé à 10 m du sol,
    • Radiomètre (CMP6 de Kipp & Zonen) mesurant la plage spectrale solaire complète,
    • Précipitomètre automatique (T200-B de Geonor) muni d’un paravent Alter,
    • Pluviomètre automatique à auget basculant (CS700 de Hydrological Services),
    • Épaisseur de la neige au sol (SR50 de Campbell Scientific) dont le bras est orienté vers le sud,
    • Épaisseur de la neige au sol (SR50 de Campbell Scientific) dont le bras est orienté vers l’est,
    • Épaisseur de la neige au sol (SR50 de Campbell Scientific) dont le bras est orienté vers l’ouest.

Précipitomètre manuel
avec un paravent Nipher
  • La station expérimentale de la Forêt Montmorency du Service de l'information du milieu atmosphérique de la direction du suivi de l'état de l'environnement du Ministère du développement durable, de l’environnement et de la lutte aux changements climatiques (SIMAT-DSÉE-MDDELCC) :
    • Thermo-hygromètre (HMP de Vaisala) dans un écran antiradiation,
    • Anémomètre (05103 de RM Young) installé à 2 m du sol,
    • Pyranomètre (LI200 de Licor) mesurant les courtes longueurs d’ondes solaires,
    • Précipitomètre automatique (Pluvio² de OTT) muni d’un paravent Alter,
    • Précipitomètre automatique (Pluvio² de OTT) modifiés muni d’un paravent Nipher,
    • Épaisseur de la neige au sol (SR50 de Campbell Scientific),
    • Caméra de surveillance (modèle inconnu),
    • Précipitomètre manuel en cuivre muni d’un paravent Nipher (fait sur mesure),
    • Échelle à neige (fait sur mesure),
    • Table à neige (fait sur mesure).
  • La station C-SPICE de la Forêt Montmorency (Environnement Canada) situé à 150 m de la station RCS. Complètement déboisé et mis à nu en 2013, ce terrain de près de 1 ha est dédié à l’ajout d’instruments lié à l’étude des précipitations solides :
    • Thermo-hygromètre (HMP de Vaisala) dans un abri Stevenson ventilé,
    • Radiomètre (CNR4 de Kipp & Zonen) mesurant la radiation nette,
    • Paravent de type « Double Fence Intercomparison Reference » (DFIR) :
      • Précipitomètre manuel (H&H90 de FHS) muni d’un paravent Tretiakov,
      • Anémomètre sonique 3D (CSAT-3 de Licor) installé dans le DFIR,
    • Paravent de type « buisson » (bush gage) fait de talles d’aulnes :
      • Précipitomètre manuel (H&H90 de FHS) muni d’un paravent Tretiakov,
      • Précipitomètre manuel (H&H90 de FHS) sans paravent,
      • Précipitomètre manuel en cuivre (fait sur mesure) sans paravent,
      • Précipitomètre automatique (Pluvio² de OTT) sans paravent,
      • Thermomètre (107BAM de Campbell Sci.) dans un écran antiradiation à 2 m du sol,
      • Anémomètre sonique 3D (CSAT-3 de Licor) installé à 2,5 m du sol,
      • Anémomètre (05103 de RM Young) installé à 4,5 m du sol,
      • Épaisseur de la neige au sol (SR50 de Campbell Scientific),
      • Échelle à neige (fait sur mesure),
      • Table à neige (fait sur mesure),
    • Précipitomètre manuel (H&H90 de FHS) muni d’un paravent Tretiakov,
    • Précipitomètre manuel en cuivre muni d’un paravent Nipher (fait sur mesure),
    • Précipitomètre automatique (Pluvio² de OTT) sans paravent,
    • Précipitomètre automatique (Pluvio² de OTT) muni d’un paravent Double-Alter,
    • Précipitomètre automatique (T200-B de Geonor) muni d’un paravent Alter,
    • Anémomètre sonique 3D (CSAT-3 de Licor) installé dans un paravent Alter,
    • Disdromètre (Parsivel de OTT) caractérisant la phase des précipitations,
    • Disdromètre (Parsivel² de OTT) caractérisant la phase des précipitations,
    • Anémomètre sonique 2D (WindObserver de Gill Instruments),
    • Anémomètre sonique 3D (WindMaster de Gill Instruments),
    • 3 capteurs d’équivalent en eau de la neige (CS725 de Campbell Sci.),
    • Épaisseur de la neige au sol (SR50 de Campbell Sci.),
    • Thermomètre (107BAM de Campbell Sci.) dans un écran antiradiation à 2 m du sol,
    • 6 paires de capteurs insérées à différentes profondeurs dans le sol sous le CS725:
      • Teneur en eau du sol (CS616 de Campbell Sci.),
      • Température du sol (107BAM de Campbell Sci.),
    • Capteur d’équivalent en eau de la neige (SnowSense de VISTA Geosciences Gmbh),
    • Mat de thermocouples mesurant la température de la neige et du sol (Labo Jutras),
    • Mat de thermocouples mesurant la température de la neige et du sol (Labo Nadeau),
    • 3 caméras chronophotographiques,
    • Ligne de neige comprenant 10 stations de mesure,
    • Secteur dédié à la réalisation de fosses à neige.
Appareil manuel de type Tretiakov à l'intérieur du DFIR
Station météo du DFIR au site NEIGE
  • La station météorologique du Lac Laflamme de la direction de la recherche forestière du Ministère de la forêt, de la faune et des parcs (DRF-MFFP), située à moins de 2 km de la station RCS.
    • Température, humidité relative, vent 2 m, radiation solaire, etc.
    • Précipitomètre automatique Belfort à paravent Alter simple,
    • Épaisseur de la neige au sol (SR50).
  • Les ligne de neige décrivant l’accumulation et la fonte du manteau nival en milieu forestier mesurées depuis 1993 par le département des sciences du bois et de la foret de la Faculté de foresterie, de géographie et de géomatique de l’Université Laval (FFGG-ULaval).
    • Suivi bi-mensuel de l’épaisseur et du contenu en équivalent en eau du manteau nival, de janvier à mai, pour trois lignes de neige (forêt juvénile versant est, forêt juvénile versant ouest et forêt mature).
  • Les archives hydrométéorologiques du BEREV (FFGG-ULaval), situé à moins de 5 km de la station RCS :
    • Débits horaires et journaliers pour quatre seuils gaugés délimitant neuf sous-bassins versants allant de 120 à 920 ha,
    • Séquences chronophotographiques d’un seuil permettant la validation des débits sous glace (2012 et 2014)

Table à neige
  • Les archives de la station météorologique de la Forêt Montmorency (ULaval – MENV) s’étendant de 1965 à 2003 :
    • Température, humidité relative, vent 2 m et 10 m, radiation solaire, etc.
    • Précipitomètre manuel à paravent Nipher,
    • Échelle à neige,
    • Table à neige,
    • Précipitomètre chauffant à auget basculant.
  • Les données de la station météorologique de L’étape (Environnement Canada), située à moins de 30 km de la station SCR :
    • Température, humidité relative, vent 2 m, radiation solaire, etc.
    • Précipitomètre automatique Geonor à paravent Alter simple,
  • Les données de la station météo-routière du Ministère du transport (MTQ) située à moins de 3 km de la station RCS
  • Les données d’une station du service Canadien des forêts liée au projet ECOLEAP
  • De plus, le site est couvert par deux radars météorologiques : Villeroy et Lac Castor.

Historique récent des travaux du site NEIGE

  • Novembre 2013 : Déboisement et scalpage de la station C-SPICE
  • Décembre 2013 : Construction du DFIR sur la station C-SPICE
  • 3 Février 2014 au 14 avril 2014 : 1re saison hivernale de prise de données manuelles
  • Octobre 2014 : Rénovation de la station SCR Forêt Montmorency par Environnement Canada
  • 13 novembre 2014 au 11 avril 2015 : 2e saison hivernale de prise de données manuelles
  • Septembre 2015 : Construction du paravent de type buisson sur la station C-SPICE
  • Octobre 2015 :
    • Électrification et nivellement de la station C-SPICE,
    • Rénovation de la station expérimentale provinciale par le MDDELCC,
  • Novembre et décembre 2015 : Installation de plusieurs dizaine appareils sur la station C-SPICE
  • 9 novembre 2015 au 31 mars 2016 : 3e saison hivernale de prise de données manuelles
  • Automne 2016 : Remplacement de quelques talles d’aulnes dans le buisson
  • Automne 2016 : Ajout par ECCC d’un paravent Double-Alter sur la station C-SPICE
  • 3 novembre 2016 : début de la 4e saison hivernale de prise de données manuelles
  • 1 novembre 2017 : début de la 5e saison hivernale de prise de données manuelles
  • 22 novembre 2018 : début de la 6e saison hivernale de prise de données manuelles
  • Automne 2018 : Construction du DFAR sur la station C-SPICE

Atelier sur la neige

Puisque l'un des objectifs de l'étude de la neige à la Forêt Montmorency consiste à favoriser le partage des données et des résultats entre les intervenants grâce à des activités de transfert de connaissance et des ateliers thématiques, un premier atelier sur la neige a eu lieu les 27 et 28 mars 2019 à la Forêt Montmorency. Cet atelier avait pour objectif de promouvoir le site NEIGE, de favoriser le réseautage entre les différents chercheurs et utilisateurs des données liées à la neige, de partager les résultats de recherche et de discuter des défis et opportunités à venir quant à la recherche sur la neige.

Liste des présentations

  • Sylvain Jutras  : Opening comments, snow measurement at the Forêt Montmorency and the NEIGE site
  • Michael Eaarle  : Results and recommendations from WMO-SPICE
  • Alexandre Vidal  : The evolution of operational SWE measurement at Hydro-Québec : From snow courses to GMON (CS725) - Challenges and opportunities
  • Alain Royer  : Microwave snow remote sensing
  • Richard Turcotte  : From snow measurements to hydrological modelling: Quebec’s Ministry of Environment integrative approach
  • Benjamin Bouchard  : Impact of the Canopy on Physical and Thermal Properties of Snow in a Boreal Environment
  • Jean Odry  : Assimilation of different snow measures for EEN estimation
  • Vincent Vionnet  : Snow-related applications of the CHM model
  • Christophe Kinnard  : High-resolution snow depth mapping: opportunities and challenges
  • Julie Thériault  : Description of the climate sentinel and snow gauge collection efficiency using CFD

L'atelier en images

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Pour plus d'informations, contactez Sylvain Jutras, ing.f, Ph.D.

Dernière mise à jour: avril 2019

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Jérémie Alluard (2016) Les statistiques au moments de la rédaction 

  • Ce document a pour but de guider les étudiants à intégrer de manière appropriée une analyse statistique dans leur rapport de recherche.

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