Échanges d’énergie et d’eau des écosystèmes nordiques dans un contexte de changement climatique

Le réchauffement climatique affecte fortement les régions nordiques du Canada où le dégel du pergélisol discontinu à sa limite sud est accompagné du mouvement de la limite des arbres vers le nord en zone de pergélisol continu. Ces altérations faites aux paysages de la Taïga des Plaines sont le point de départ de plusieurs rétroactions puisque les changements apportés aux caractéristiques de la surface (au niveau de l’albédo, l’humidité du sol et la rugosité de la surface) vont à leur tour entraîner des modifications biophysiques et éventuellement influencer l’augmentation ou la diminution subséquente des températures et de l’humidité de l’air. Seulement, il y a un nombre important de facteurs d’influence qu’il est difficile de projeter toutes les boucles rétroactives qui surviendront avec les présents changements climatiques en régions nordiques. Dans le but de caractériser les échanges d’eau et d’énergie entre la surface et l’atmosphère de trois sites des Territoires du Nord-Ouest subissant les conséquences de l’augmentation des températures de l’air, la méthode micro-météorologique de covariance des turbulences fut utilisée en 2013 aux sites de Scotty Creek (forêt boréale et tourbière nordique en zone de pergélisol sporadique-discontinu), de Havikpak Creek (forêt boréale nordique en zone de pergélisol continu) et de Trail Valley Creek (toundra arctique en zone de pergélisol continu). En identifiant les procédés biotiques et abiotiques (ex. intensité lumineuse, disponibilité en eau, etc.) d’évapotranspiration aux trois sites, les contrôles par l’eau et l’énergie furent caractérisés et permirent ainsi de projeter une augmentation de la limitation en eau, mais surtout en énergie du site de Trail Valley Creek. La répartition de l’énergie projetée est semblable à celle de Havikpak Creek, avec une augmentation de la proportion du flux de chaleur sensible au détriment de celui latent suite aux modifications des caractéristiques de la surface (albédo, rugosité et humidité du sol). L’augmentation relative du flux d’énergie sensible laisse présager une boucle rétroactive positive de l’augmentation des températures de l’air à ce site. Ensuite, en comparant des données modelées de la hauteur de la couche limite planétaire et des données provenant de profils atmosphériques d’Environnement Canada entre les trois sites, les changements de hauteur de cette couche atmosphérique furent aussi projetés. Trail Valley Creek pourrait connaître une hausse de la hauteur de sa couche limite planétaire avec le temps alors que Scotty Creek connaîtrait une diminution de celle-ci. Ces changements au niveau des couches atmosphériques liés à la répartition des flux d’énergie dans les écosystèmes se répercuteraient alors sur le climat régional de façon difficile à déterminer pour l’instant. Les changements apportés désignent une boucle rétroactive positive des températures de l’air à Trail Valley Creek et l’inverse à Scotty Creek. Les deux axes d’analyse arrivent donc aux mêmes conclusions et soulignent aussi l’importance de l’influence mutuelle entre le climat et les caractéristiques spécifiques des écosystèmes à la surface. Along the southern margin of permafrost, the boreal forest is underlain by ice-rich and relatively warm permafrost which is converted into permafrost-free peatlands and lake ecosystems due to warmer temperatures and increased thaw rates. At the same time, in the continuous permafrost zone the tree-line of the boreal forest is advancing northward into what is currently Arctic tundra. Both land cover changes in the Taiga Plains ecozone are affecting the magnitude of complex feedback loops, including regional biophysical feedbacks through altered net water vapor and heat exchanges caused by changes in land surface albedo, hydrology and surface roughness. Changes affecting the ecosystems are numerous and it is currently hard to estimate the direction (positive or negative) and magnitude of the resulting biophysical feedbacks. To improve our understanding of implications arising from land cover changes, the energy and water exchanges between surface and atmosphere at three sites in the Northwest Territories, Canada are characterized: Scotty Creek (boreal forest-peatland landscape with sporadic permafrost), Havikpak Creek (boreal forest with continuous permafrost) and Trail Valley Creek (tundra with continuous permafrost). The results of this study are based on measurements of water vapor and heat fluxes obtained with the eddy covariance technique, in addition to supporting ancillary measurements (e.g., net radiation, ground heat flux). For the growing season of 2013, biotic and abiotic controls (ex. light intensity, water availability, etc.) of evapotranspiration at the three sites were identified and analyzed leading to a projected increase in water and energy limitation for Trail Valley Creek. This limitation can be explained by increased energy repartition to sensible heat than to latent heat, following alterations of the land surface as the treeline moves towards the arctic tundra landscape. The relative increase in the sensible heat flux is an indication for an amplified positive feedback of rising air temperature. A comparison of modeled planetary boundary layer heights with Environment Canada atmospheric profiles for the sites leads to the same projection of a positive air temperature feedback. As the treeline moves north, at Trail Valley Creek, an increase of its planetary boundary layer is expected and the opposite phenomenon is expected at Scotty Creek. Albedo, hydrology and surface roughness will be modified, affecting energy partitioning and atmospheric layers which in turn will influence climate. The two methods have led to the same conclusion and highlight the importance of mutual influence between climate and land surface characteristics.

Keyphrases: Changements climatiques, Pergélisol, Covariance des turbulences, Évapotranspiration, Climate change, Permafrost, Eddy covariance, Evapotranspiration