Effects of brownification and warming on algal blooms, metabolism and higher trophic levels in productive shallow lake mesocosms

An increase of dissolved organic carbon (DOC) in inland waters has been reported across the northern temperate region but the effects of this on whole lake ecosystems, often combined with other anthropogenic stressors like nutrient inputs and warming, are poorly known. The effects of these changes on different component of the ecosystem were assessed in an experiment using twenty-four large (3000L) outdoor mesocosms simulating shallow lakes. Two different temperature regimes (ambient and ambient +4 °C) combined with three levels of organic matter (OM, added as filtered peaty water), simulating the DOC increase that is predicted to take place over the next 4 to 21 years were used. Neither temperature nor OM had significant effects on net ecosystem production, respiration or gross primary production. Phytoplankton chlorophyll a concentration was not significantly affected by warming, however in summer, autumn and winter it was significantly higher in mesocosms receiving intermediate OM levels (July–Feb DOC concentrations 2–6 mg L−1). Summer cyanobacterial blooms were highest in intermediate, and lowest in the highest OM treatments. OM concentration also influenced total macroinvertebrate abundance which was greater in spring and summer in mesocosms with intermediate and high OM. Fish abundance was not significantly affected by OM concentration, but abundance was greater in ambient (55 fish subsample−1) compared to heated mesocosms (17 fish subsample−1) and maximum abundance occurred two weeks later compared to heated mesocosms. The results suggest that changes in OM may have a greater effect on shallow lakes than temperature and that phytoplankton, especially cyanobacteria, benefit from intermediate OM concentrations, therefore, nuisance algal blooms might increase in relatively clear shallow eutrophic lakes where DOC concentrations increase

Hydrology needed to manage droughts: the 2015 European case

Hydrology needed to manage droughts: the 2015 European cas

Reconstruction hydrométéorologique des étiages historiques en France entre 1871 et 2012

Extreme low-flow events have significant consequences on numerous socio-economic fields. Hydroclimate projections for the 21st century suggest an increase in low-flow severity and frequency. Nevertheless, projected events as well as recent observed events can hardly be put into a sufficiently long historical perspective due to the lack of hydrometeorological data before the 1970s. This work proposes to improve the knowledge on past extreme low-flow events having affected France since the end of the 19th century thanks to a hydrometeorological reconstruction. It also provides a new methodological framework to study these extreme events.Information on the atmospheric synoptic situation since the end of the 19th century have recently been released to the scientific community through extended global reanalyses like the Twentieth Century Reanalysis (20CR). This work introduces the SCOPE method that provides local meteorological reconstructions on the entire France derived from the 20CR reanalysis. SCOPE produces a 25-member ensemble of spatially coherent meteorological series of daily precipitation, temperature and evapotranspiration over the 1871-2012 period and on a 64 km² grid covering France. This dataset, called SCOPE Climate, is then used as forcings to run continuous hydrological simulations over more than 600 near-natural French catchments leading to a 25-member ensemble of daily streamflow time series -- called SCOPE Hydro -- between 1871 and 2012. SCOPE Climate and SCOPE Hydro show a relatively high skill during validation experiments against independent data.Spatio-temporal extreme low-flow events are finally identified and characterised from SCOPE Hydro reconstructed series. The events are first locally identified based on deficit characteristics under a novel combination of a fixed threshold and a daily variable threshold. A spatial matching procedure at the scale of France is developed in order to spatially assemble local extreme events into the same spatio-temporal event. After these steps, an event can either be studied at the local or national scale through its spatial extent, duration or severity characteristics. This work identified past and little known exceptional extreme events (1878, 1893, 1942-1949) or recent but poorly documented events (1972, 1978, 1985) besides well-known events (1921, 1976, 1989-1990, 2011). The evolution of these events since 1871 shows that a greater proportion of the French territory is affected by extreme low-flow events since the 1940s. A good coherence is found between reconstructed events and documentary sources on historical droughts.This work contributes to timely scientific issues, especially within the context of climate change and its hydrological impacts. This work proposes two innovative methods on multivariate statistical downscaling and spatio-temporal identification of extreme low-flow events. It also produced two reference hydroclimatic datasets that may be used in any study requiring long hydrometeorological series.Les étiages extrêmes entraînent souvent des conséquences importantes sur de multiples secteurs socio-économiques. Les récentes études liées au changement climatique semblent indiquer que ces événements risquent de devenir plus sévères et plus fréquents au cours des prochaines décennies. Malheureusement, le peu de données hydrométéorologiques disponibles avant les années 1970 ne permet pas de remettre dans un contexte historique les derniers événements observés ni ceux projetés par les études d'impact. Ces travaux de thèse s'attachent ainsi à améliorer l'état des connaissances sur les étiages extrêmes historiques ayant touché le territoire français depuis la fin du XIXe siècle grâce à une reconstruction hydrométéorologique. Ils proposent aussi un nouveau cadre méthodologique pour l'étude de ces extrêmes.Des informations sur la situation synoptique atmosphérique depuis la fin du XIXe siècle ont récemment été mises à disposition de la communauté via des réanalyses globales étendues comme la Twentieth Century Reanalysis (20CR). Ces travaux introduisent la méthode SCOPE qui permet de reconstruire la météorologie locale sur l'ensemble de la France à partir de la réanalyse 20CR. Elle produit un ensemble de 25 chroniques météorologiques spatialement homogènes de précipitations, température et évapotranspiration sur la période 1871-2012 et sur une grille de 64 km² recouvrant la France. Ces séries constituent le jeu de données SCOPE Climate, qui est ensuite utilisé comme forçage d'un modèle hydrologique sur un large échantillon de plus de 600 bassins versants français faiblement anthropisés. Un ensemble de 25 reconstructions de débits journaliers, appelé SCOPE Hydro, est ainsi produit entre 1871 et 2012. SCOPE Climate et SCOPE Hydro ont tous deux montré de bonnes performances en comparaison de données indépendantes de leur construction.Des événements spatio-temporels d'étiage extrême sont finalement identifiés et caractérisés à partir des chroniques de débit de SCOPE Hydro. Ces événements sont tout d'abord définis localement comme une période où le débit se trouve en-dessous d'un seuil mixte, combinaison d'un seuil fixe et d'un seuil variable avec la saison. Un regroupement spatial des événements locaux au sein du même événement spatio-temporel d'étiage extrême est effectué à l'échelle de la France, suivant une méthode spécialement mise au point dans le cadre de ces travaux. A l'issue de ces étapes, un événement peut être étudié localement ou à l'échelle nationale, grâce à des caractéristiques d'étendue, de durée ou de sévérité. Cette méthodologie permet d'identifier des événements exceptionnels d'étiage extrême anciens et peu connus (1878, 1893, 1942-1949), ou relativement récents mais peu documentés (1972, 1978, 1985), en plus de ceux connus (1921, 1976, 1989-1990, 2011). L'étude de l'évolution de ces événements sur 140 ans montre une plus grande proportion du territoire français touchée par des étiages extrêmes après les années 1940. Une comparaison des événements reconstruits à des sources documentaires faisant mention des sécheresses passées montre une bonne cohérence entre reconstructions et réalité.Ce travail de thèse contribue aux questions scientifiques d'actualité, notamment dans le cadre de la variabilité climatique et du changement climatique d'origine anthropique et de leurs conséquences hydrologiques. Ces travaux proposent deux méthodes innovantes sur la descente d'échelle statistique multivariée et l'identification spatio-temporelle des événements d'étiage extrême. Ils ont par ailleurs produit deux jeux de données hydroclimatiques ensemblistes de référence utilisables pour tout type d'étude climatique et hydrologique requérant une profondeur historique importante

Hydrometeorological reconstruction of historical low flows in France between 1871 and 2012

Les étiages extrêmes entraînent souvent des conséquences importantes sur de multiples secteurs socio-économiques. Les récentes études liées au changement climatique semblent indiquer que ces événements risquent de devenir plus sévères et plus fréquents au cours des prochaines décennies. Malheureusement, le peu de données hydrométéorologiques disponibles avant les années 1970 ne permet pas de remettre dans un contexte historique les derniers événements observés ni ceux projetés par les études d'impact. Ces travaux de thèse s'attachent ainsi à améliorer l'état des connaissances sur les étiages extrêmes historiques ayant touché le territoire français depuis la fin du XIXe siècle grâce à une reconstruction hydrométéorologique. Ils proposent aussi un nouveau cadre méthodologique pour l'étude de ces extrêmes.Des informations sur la situation synoptique atmosphérique depuis la fin du XIXe siècle ont récemment été mises à disposition de la communauté via des réanalyses globales étendues comme la Twentieth Century Reanalysis (20CR). Ces travaux introduisent la méthode SCOPE qui permet de reconstruire la météorologie locale sur l'ensemble de la France à partir de la réanalyse 20CR. Elle produit un ensemble de 25 chroniques météorologiques spatialement homogènes de précipitations, température et évapotranspiration sur la période 1871-2012 et sur une grille de 64 km² recouvrant la France. Ces séries constituent le jeu de données SCOPE Climate, qui est ensuite utilisé comme forçage d'un modèle hydrologique sur un large échantillon de plus de 600 bassins versants français faiblement anthropisés. Un ensemble de 25 reconstructions de débits journaliers, appelé SCOPE Hydro, est ainsi produit entre 1871 et 2012. SCOPE Climate et SCOPE Hydro ont tous deux montré de bonnes performances en comparaison de données indépendantes de leur construction.Des événements spatio-temporels d'étiage extrême sont finalement identifiés et caractérisés à partir des chroniques de débit de SCOPE Hydro. Ces événements sont tout d'abord définis localement comme une période où le débit se trouve en-dessous d'un seuil mixte, combinaison d'un seuil fixe et d'un seuil variable avec la saison. Un regroupement spatial des événements locaux au sein du même événement spatio-temporel d'étiage extrême est effectué à l'échelle de la France, suivant une méthode spécialement mise au point dans le cadre de ces travaux. A l'issue de ces étapes, un événement peut être étudié localement ou à l'échelle nationale, grâce à des caractéristiques d'étendue, de durée ou de sévérité. Cette méthodologie permet d'identifier des événements exceptionnels d'étiage extrême anciens et peu connus (1878, 1893, 1942-1949), ou relativement récents mais peu documentés (1972, 1978, 1985), en plus de ceux connus (1921, 1976, 1989-1990, 2011). L'étude de l'évolution de ces événements sur 140 ans montre une plus grande proportion du territoire français touchée par des étiages extrêmes après les années 1940. Une comparaison des événements reconstruits à des sources documentaires faisant mention des sécheresses passées montre une bonne cohérence entre reconstructions et réalité.Ce travail de thèse contribue aux questions scientifiques d'actualité, notamment dans le cadre de la variabilité climatique et du changement climatique d'origine anthropique et de leurs conséquences hydrologiques. Ces travaux proposent deux méthodes innovantes sur la descente d'échelle statistique multivariée et l'identification spatio-temporelle des événements d'étiage extrême. Ils ont par ailleurs produit deux jeux de données hydroclimatiques ensemblistes de référence utilisables pour tout type d'étude climatique et hydrologique requérant une profondeur historique importante.Extreme low-flow events have significant consequences on numerous socio-economic fields. Hydroclimate projections for the 21st century suggest an increase in low-flow severity and frequency. Nevertheless, projected events as well as recent observed events can hardly be put into a sufficiently long historical perspective due to the lack of hydrometeorological data before the 1970s. This work proposes to improve the knowledge on past extreme low-flow events having affected France since the end of the 19th century thanks to a hydrometeorological reconstruction. It also provides a new methodological framework to study these extreme events.Information on the atmospheric synoptic situation since the end of the 19th century have recently been released to the scientific community through extended global reanalyses like the Twentieth Century Reanalysis (20CR). This work introduces the SCOPE method that provides local meteorological reconstructions on the entire France derived from the 20CR reanalysis. SCOPE produces a 25-member ensemble of spatially coherent meteorological series of daily precipitation, temperature and evapotranspiration over the 1871-2012 period and on a 64 km² grid covering France. This dataset, called SCOPE Climate, is then used as forcings to run continuous hydrological simulations over more than 600 near-natural French catchments leading to a 25-member ensemble of daily streamflow time series -- called SCOPE Hydro -- between 1871 and 2012. SCOPE Climate and SCOPE Hydro show a relatively high skill during validation experiments against independent data.Spatio-temporal extreme low-flow events are finally identified and characterised from SCOPE Hydro reconstructed series. The events are first locally identified based on deficit characteristics under a novel combination of a fixed threshold and a daily variable threshold. A spatial matching procedure at the scale of France is developed in order to spatially assemble local extreme events into the same spatio-temporal event. After these steps, an event can either be studied at the local or national scale through its spatial extent, duration or severity characteristics. This work identified past and little known exceptional extreme events (1878, 1893, 1942-1949) or recent but poorly documented events (1972, 1978, 1985) besides well-known events (1921, 1976, 1989-1990, 2011). The evolution of these events since 1871 shows that a greater proportion of the French territory is affected by extreme low-flow events since the 1940s. A good coherence is found between reconstructed events and documentary sources on historical droughts.This work contributes to timely scientific issues, especially within the context of climate change and its hydrological impacts. This work proposes two innovative methods on multivariate statistical downscaling and spatio-temporal identification of extreme low-flow events. It also produced two reference hydroclimatic datasets that may be used in any study requiring long hydrometeorological series

La variabilité des inondations prise la main dans le sac !

International audienceThe « 100-year flood » is commonly used, for instance in newspapers, but flood hazard assessment is more complex than it seems. We first describe an animation entitled « bag of floods » to make flood quantiles more concrete, using marbles whose colour corresponds to a class of return period. Discussing the analogies and differences between drawing a marble from the bag and the next annual flood make it easier to explain that flood hazard assessment (i) must not be focussed on the « 100-yr flood », (ii) is often expressed as a probability over one given year, but for planning it should be estimated over a much longer duration (like successive draws from the bag) and (iii) variability is significant and matters. Scripts allowing to simulate long series of draws confirm that empirical probabilities get close to theoretical probabilities, but also illustrate less intuitive results : on average one quarter of 100 successive draws, contains two floods or more with a discharge exceeding the « 100-yr discharge». To go further, Sample2Gumbel is a teaching tool drawing annual maxima discharges. It compares on a graph (i) a “real distribution”, coded in the script and used to draw a sample, (ii) the sample expressed with respect to “plotting position”, expressed as a return period but which is in fact a crude estimation to allow plotting, (iii) the distribution fitted on the sample. This demo tool illustrates the variability of different tries, with samples of the same length, and shows how uncertainty evolves with the sample size. To improve it, more distributions could be included, and damage estimation could be added.La «crue centennale » s’invite souvent dans les journaux, mais les notions d’aléa d’inondation sont finalement complexes à appréhender. Nous présentons d’abord une animation ‘tout public’, pour rendre les quantiles de débit ou de pluie plus concrets au moyen d’un sac de billes de plusieurs couleurs, codant des classes de périodes de retour. Discuter de l’analogie entre des tirages dans ce sac et la survenue de crues aidera à expliquer qu’il faut raisonner (i) sur toute la gamme des débits, dont le « centennal », (ii) sur le moyen ou le long terme ( tirages successifs), ce qui change la perception de l’aléa, (iii) en tenant compte de la variabilité. Un code qui automatise les tirages confirme que les probabilités empiriques rejoignent les probabilités théoriques, mais illustre aussi des résultats d’analyse combinatoire pas toujours intuitifs : sur des séries de 100 années, en moyenne un quart subissent au moins deux crues de débit supérieur au débit centennal... Le deuxième code, Sample2Gumbel, est un outil pour l’enseignement, qui approfondit l’expérience en générant des valeurs de débit maxima annuels. Il crée un graphique comportant (i) la « vraie » loi, utilisée pour générer l’échantillon, (ii) cet échantillon tracé en période de retour empirique, notion usuelle mais à ne pas sur-interprétrer, (iii) la distribution ajustée sur l’échantillon. Relancer une nouvelle série permet de constater la variabilité due au hasard, et ajouter des tirages à la série en cours montre comment l’incertitude évolue. Cet outil se prête à des améliorations : introduire davantage de lois et ajouter une étape de calcul de dommages

OSSEC Rhône : outil opérationnel de suivi des étiages en temps réel sur le Rhône

International audienc

Évaluation et comparaison de séries de précipitations historiques dans des sous-bassins versants de la Meuse et de la Moselle, 1871-2004

La compréhension de l’évolution actuelle du climat et des risques naturels qui lui sont associés passe par une meilleure connaissance de la variabilité climatique passée. Des méthodes de reconstruction existent mais leurs validités sont difficiles à établir notamment en l’absence de valeurs de référence sur les périodes anciennes. Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche sur les extrêmes hydrologiques de la Moselle (RECRET) pour lequel des reconstitutions de longues séries climatiques (précipitations et températures) ont été réalisées. Pour permettre une évaluation relative de ces séries, nous proposons de comparer les séries de précipitations mensuelles à des reconstructions climatiques issues de différents travaux. La comparaison repose sur cinq méthodes : RECRET (Delus et al., 201

Comparaison de séries climatiques historiques dans les bassins versants de la Meuse et de la Moselle.

National audienc