Étude quantitative du cycle de l'eau à l'échelle des grands bassins versants de l'Amérique du Nord avec le modèle régional canadien du climat

Le Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) fait partie d'une grande variété de modèles climatiques développés à travers le monde. Basé sur les lois fondamentales de la physique et sur les techniques numériques les plus modernes et les plus performantes, il génère des variables avec une bonne résolution spatiale qui sont physiquement cohérentes entre elles. Dans le cadre de cette thèse, le MRCC est utilisé pour étudier une large gamme de processus liés au cycle de l'eau. Une approche intégrée d'analyse et de validation du cycle hydrologique du modèle a été développée. Cette approche comprend une analyse à l'échelle multi-annuelle pour l'ensemble d'un bassin versant et intègre les deux branches du cycle hydrologique : atmosphérique et terrestre. Cette façon de procéder nous a permis d'évaluer la capacité de trois versions du MRCC à simuler correctement chacune des composantes du bilan hydrologique. Parallèlement, la sensibilité de ces composantes aux différents paramétrages physiques a été examinée. Dans un premier temps, les comosantes du cycles hydrologiques sur le bassin versant du Mississippi simulées par les versions 3.6 et 4.0 du MRCC ont été comparées et évaluées par les observations et quasi-observations (estimations basées sur les observations et sur une analyse du bilan de l'eau). Les changements entre la version\ud 3.6 et 4.0 portent sur plusieurs éléments: le schéma de radiation solaire à deux bandes a été remplacé par un schéma à quatre bandes; le schéma de surface de la première génération a été changé par un schéma beaucoup plus sophistiqué de la deuxième génération ; les traitements de couverture des nuages et du transfert turbulent dans la couche limite ont été également améliorés. L'effet net de tous ces changements dans les paramétrages physiques du MRCC est une réduction importante des biais moyens annuels d'évapotranspiration (de 42% à 10%) et de précipitation (de 17% à -6%) ainsi qu'une meilleure représentation de la distribution spatiale de ces variables. Les cycles annuels de précipitation, d'évapotranspiration, de convergence de flux d'humidité et de tendance dans le stockage de l'eau terrestre ont également montré une amélioration importante. Cependant, le biais annuel du ruissellement a légèrement augmenté (de -41 % a -45%). Dans un deuxième temps, une paire de simulations se distinguant seulement par le paramétrage de processus de surface a été analysée afin de mieux comprendre le rôle de ces processus dans le cycle hydrologique du modèle. Les résultats de l'analyse, effectuée sur trois grands bassins versants (Mississippi, Saint-Laurent et Mackenzie), montrent que le schéma simple de la première génération a d'importantes limitations dans la simulation des processus associés à l'évapotranspiration. Si les biais dans les moyennes annuelles des composantes principales du cycle de l'eau pour les simulations basées sur les deux schémas de surface sont plutôt similaires, les cycles annuels basés sur le schéma de la première génération montrent des biais très grands. L'analyse d'une autre paire de simulations, générées avec la même version du modèle, mais pilotées avec des réanalyses atmosphériques différentes, a mis en évidence la sensibilité du cycle hydrologique aux données utilisées pour piloter le modèle régional à ses frontières. La sensibilité aux données du pilote est en général plus faible que la sensibilité au schéma de surface et s'est montrée plus grande pour les bassins nordiques (Mackenzie et Saint-Laurent).\ud L'analyse d'une troisième paire de simulations avec des conditions initiales différentes a montré que la variabilité interne du modèle à l'échelle multi-annuelle sur l'ensemble d'un bassin versant est négligeable par rapport aux modifications introduites par le changement du schéma de surface et du pilote. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cycle hydrologique, Bassin versant, Modèle climatique, Paramétrages physiques

Impacts of high precipitation on the energy and water budgets of a humid boreal forest

The boreal forest will be strongly affected by climate change and in turn, these vast ecosystems may significantly impact global climatology and hydrology due to their exchanges of carbon and water with the atmosphere. It is now crucial to understand the intricate relationships between precipitation and evapotranspiration in these environments, particularly in less-studied locations characterized by a cold and humid climate. This study presents state-of-the-art measurements of energy and water budgets components over three years (2016–2018) at the Montmorency Forest, Québec, Canada: a balsam fir boreal forest that receives ∼1600 mm of precipitation annually (continental subarctic climate; Köppen classification subtype Dfc). Precipitation, evapotranspiration and potential evapotranspiration at the site are compared with observations from thirteen experimental sites around the world. These intercomparison sites (89 study-years) encompass various types of climate and vegetation (black spruces, jack pines, etc.) encountered in boreal forests worldwide. The Montmorency Forest stands out by receiving the largest amount of precipitation. Across all sites, water availability seems to be the principal evapotranspiration constraint, as precipitation tends to be more influential than potential evapotranspiration and other factors. This leads to the Montmorency Forest generating the largest amount of evapotranspiration, on average ∼550 mm y−1. This value appears to be an ecosystem maximum for evapotranspiration, which may be explained either by a physiological limit or a limited energy availability due to the presence of cloud cover. The Montmorency Forest water budget evacuates the precipitation excess mostly by watershed discharges, at an average rate of ∼1050 mm y−1, with peaks during the spring freshet. This behaviour, typical of mountainous headwater basins, necessarily influence downstream hydrological regimes to a large extent. This study provides a much needed insight in the hydrological regimes of a humid boreal-forested mountainous watershed, a type of basin rarely studied with precise energy and water budgets before

Knockout mutants as a tool to identify the subunit composition of Arabidopsis glutamine synthetase isoforms

Glutamine synthetase (GS) is a key enzyme in nitrogen assimilation, which catalyzes the formation of glutamine from ammonia and glutamate. Plant GS isoforms are multimeric enzymes, recently shown to be decamers. The Arabidopsis genome encodes five cytosolic (GS1) proteins labeled as GLN1;1 through GLN1; 5 and one chloroplastic (GS2) isoform, GLN2;0. However, as many as 11 GS activity bands were resolved from different Arabidopsis tissues by Native PAGE and activity staining. Western analysis showed that all 11 isoforms are composed exclusively of 40 kDa GS1 subunits. Of five GS1 genes, only GLN1;1, GLN1;2 and GLN1;3 transcripts accumulated to significant levels in vegetative tissues, indicating that only subunits encoded by these three genes produce the 11-band zymogram. Even though the GS2 gene also had significant expression, the corresponding activity was not detected, probably due to inactivation. To resolve the subunit composition of 11 active GS1 isoforms, homozygous knockout mutants deficient in the expression of different GS1 genes were selected from the progeny of T-DNA insertional SALK and SAIL lines. Comparison of GS isoenzyme patterns of the selected GS1 knockout mutants indicated that all of the detected isoforms consist of varying proportions of GLN1;1, GLN1;2 and GLN1;3 subunits, and that GLN1 :1 and GLN1;3, as well as GLN1;2 and GLN1;3 and possibly GLN1;1 and GLN1;2 proteins combine in all proportions to form active homo- and heterodecamers. (C) 2014 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.Ministry of Education, Science and Technological Development of the Republic of Serbia {[}ON173024

On the Intercontinental Transferability of Regional Climate Model Response to Severe Forestation

The biogeophysical effects of severe forestation are quantified using a new ensemble of regional climate simulations over North America and Europe. Following the protocol outlined for the Land-Use and Climate Across Scales (LUCAS) intercomparison project, two sets of simulations are compared, FOREST and GRASS, which respectively represent worlds where all vegetation is replaced by trees and grasses. Three regional climate models were run over North America. One of them, the Canadian Regional Climate Model (CRCM5), was also run over Europe in an attempt to bridge results with the original LUCAS ensemble, which was confined to Europe. Overall, the CRCM5 response to forestation reveals strong inter-continental similarities, including a pronounced wintertime and springtime warming concentrated over snow-masking evergreen forests. Crucially, these northern evergreen needleleaf forests populate lower, hence sunnier, latitudes in North America than in Europe. Snow masking reduces albedo similarly over both continents, but stronger insolation amplifies the net shortwave radiation and hence warming simulated over North America. In the summertime, CRCM5 produces a mixed response to forestation, with warming over northern needleleaf forests and cooling over southern broadleaf forests. The partitioning of the turbulent heat fluxes plays a major role in determining this response, but it is not robust across models over North America. Implications for the inter-continental transferability of the original LUCAS results are discussed