Elevation Changes Inferred From TanDEM-X Data Over the Mont-Blanc Area: Impact of the X-Band Interferometric Bias

International audienceThe TanDEM-X mission allows generation of Digital Elevation Models (DEM) with high potential for glacier monitoring, but the radar penetration into snow and ice remains a main source of uncertainty. In this study, we generate 5 new DEMs of the Mont-Blanc area from [...

Multi-physics ensemble modelling of Arctic tundra snowpack properties

Sophisticated snowpack models such as Crocus and SNOWPACK struggle to properly simulate profiles of density and specific surface area (SSA) within Arctic snowpacks due to an underestimation of wind-induced compaction, misrepresentation of basal vegetation influencing compaction and metamorphism, and omission of water vapour flux transport. To improve the simulation of profiles of density and SSA, parameterisations of snow physical processes that consider the effect of high wind speeds, the presence of basal vegetation and alternate thermal conductivity formulations were implemented into an ensemble version of the Soil, Vegetation and Snow version 2 (SVS2-Crocus) land surface model, creating Arctic SVS2-Crocus. The ensemble versions of default and Arctic SVS2-Crocus were driven with in-situ meteorological data and evaluated using measurements of snowpack properties (SWE, depth, density and SSA) at Trail Valley Creek (TVC), Northwest Territories, Canada over 32-years (1991–2023). Results show that both default and Arctic SVS2-Crocus can simulate the correct magnitude of SWE (RMSE for both ensembles: 55 kg m-2) and snow depth (default RMSE: 0.22 m; Arctic RMSE: 0.18 m) at TVC in comparison to measurements. Wind-induced compaction within Arctic SVS2-Crocus effectively compacts the surface layers of the snowpack, increasing the density, and reducing the RMSE by 41 % (176 kg m-3 to 103 kg m-3). Parameterisations of basal vegetation are less effective in reducing compaction of basal snow layers (default RMSE: 67 kg m-3; Arctic RMSE: 65 kg m-3), reaffirming the need to consider water vapour flux transport for simulation of low-density basal layers. The top 100 ensemble members of Arctic SVS2-Crocus produced lower continuous ranked probability scores (CRPS) than default SVS2-Crocus when simulating snow density profiles. The top performing members of the Arctic SVS2-Crocus ensemble featured modifications that raise wind speeds to increase compaction in snow surface layers and prevent snowdrift and increase viscosity in basal layers. Selecting these process representations in Arctic SVS2-Crocus will improve simulation of snow density profiles, which is crucial for many applications

Distributed vs. semi-distributed simulations of snowpack dynamics in alpine areas: case study in the upper Arve catchment, French Alps, 1989–2015

We evaluated distributed and semi-distributed modeling approaches to simulating the spatial and temporal evolution of snow and ice over an extended mountain catchment, using the Crocus snowpack model. The distributed approach simulated the snowpack dynamics on a 250-m grid, enabling inclusion of terrain shadowing effects. The semi-distributed approach simulated the snowpack dynamics for discrete topographic classes characterized by elevation range, aspect, and slope. This provided a categorical simulation that was subsequently spatially re-projected over the 250-m grid used for the distributed simulations. The study area (the upper Arve catchment, western Alps, France) is characterized by complex topography, including steep slopes, an extensive glaciated area, and snow cover throughout the year. Simulations were carried out for the period 1989–2015 using the SAFRAN meteorological forcing system. The simulations were compared using four observation datasets including point snow depth measurements, seasonal and annual glacier surface mass balance, snow covered area evolution based on optical satellite sensors, and the annual equilibrium-line altitude of glacier zones, derived from satellite images. The results showed that in both approaches the Crocus snowpack model effectively reproduced the snowpack distribution over the study period. Slightly better results were obtained using the distributed approach because it included the effects of shadows and terrain characteristics

Million km² large-extent snowdrift-permitting snowpack predictions

Global Water Future

Functional Characterization of MODY2 Mutations Highlights the Importance of the Fine-Tuning of Glucokinase and Its Role in Glucose Sensing

Glucokinase (GK) acts as a glucose sensor in the pancreatic beta-cell and regulates insulin secretion. Heterozygous mutations in the human GK-encoding GCK gene that reduce the activity index increase the glucose-stimulated insulin secretion threshold and cause familial, mild fasting hyperglycaemia, also known as Maturity Onset Diabetes of the Young type 2 (MODY2). Here we describe the biochemical characterization of five missense GK mutations: p.Ile130Thr, p.Asp205His, p.Gly223Ser, p.His416Arg and p.Ala449Thr. The enzymatic analysis of the corresponding bacterially expressed GST-GK mutant proteins show that all of them impair the kinetic characteristics of the enzyme. In keeping with their position within the protein, mutations p.Ile130Thr, p.Asp205His, p.Gly223Ser, and p.His416Arg strongly decrease the activity index of GK, affecting to one or more kinetic parameters. In contrast, the p.Ala449Thr mutation, which is located in the allosteric activator site, does not affect significantly the activity index of GK, but dramatically modifies the main kinetic parameters responsible for the function of this enzyme as a glucose sensor. The reduced Kcat of the mutant (3.21±0.28 s−1 vs 47.86±2.78 s−1) is balanced by an increased glucose affinity (S0.5 = 1.33±0.08 mM vs 7.86±0.09 mM) and loss of cooperativity for this substrate. We further studied the mechanism by which this mutation impaired GK kinetics by measuring the differential effects of several competitive inhibitors and one allosteric activator on the mutant protein. Our results suggest that this mutation alters the equilibrium between the conformational states of glucokinase and highlights the importance of the fine-tuning of GK and its role in glucose sensing

Études du transport de la neige par le vent en conditions alpines : observations et simulations à l'aide d'un modèle couplé atmosphère/manteau neigeux

Blowing and drifting snow are crucial components of the interaction between the cryosphere and the atmosphere. In mountainous areas, it affects the temporal and spatial distribution of snow depth throughout the winter season and influences avalanche formation. Numerical modeling offers a solution for studying the complex interaction between the snowpack and the wind field and to assess the related processes in a spatially distributed way. In this context, this PhD describes the development and the validation of a coupled snow/atmosphere model which is dedicated to the study of blowing and drifting snow in alpine terrain. The coupled model consists in the atmospheric model Meso-NH and the detailed snowpack model Crocus. Blowing and drifting snow have been monitored at the Col du Lac Blanc (Grandes Rousses range, French Alps) experimental site. A database consisting of blowing snow events observed over 10 years allowed us to identify the main features of these events. Numerical simulations using Crocus illustrated the necessity of taking the wind-dependence of snow grain characteristics into account in order to simulate satisfactorily the occurrence of blowing snow events. We also carried out two measurement campaigns at our experimental site in 2011 and 2012 in order to collect validation data for the model. This includes measurements of vertical profiles of wind speed and snow particle fluxes near the surface and the mapping of areas of erosion and deposition using terrestrial laser scanning. The coupled Meso-NH/Crocus model has been developed in order to account for blowing and drifting snow. It simulates snow transport in saltation and in turbulent suspension and includes the sublimation of suspended snow particles. In the atmosphere, a double-moment scheme allows the model to simulate the spatial and temporal evolution of the snow particle size distribution. The implementation of a surface boundary layer scheme at the interface between Meso-NH and Crocus turned out to be necessary to reproduce the strong vertical gradient of snow particle concentration near the surface. Meso-NH/Crocus is the first coupled snow-atmosphere model that can simulate snow transport in alpine terrain in an interactive way.Meso-NH/Crocus has been evaluated against data collected near Col du Lac Blanc during the first measurement campaign in 2011. The simulation of a blowing snow event without concurrent snowfall showed that the model captures the main structures of atmospheric flow in complex terrain, the vertical profile of wind speed and the snow particle fluxes. However, the horizontal resolution of 50 m is found to be insufficient to simulate the location of areas of snow erosion and deposition observed around Col du Lac Blanc. Blowing snow sublimation leads to a reduction in snow deposition of approximately 5%.We used downscaling techniques (grid nesting) to simulate a second blowing event with concurrent snowfall. The increase in horizontal resolution enhanced the contrast of wind speed between windward and leeward slopes. However, it only slightly affects the amount and the spatial pattern of snow precipitation around Col du Lac Blanc. When activated, blowing and drifting snow are the main sources of spatial variability of snow accumulationLe transport de la neige par le vent est une composante importante de l'interaction entre l'atmosphère et la cryosphère. En zone de montagne, il influence la distribution temporelle et spatiale de la couverture neigeuse au cours de l'hiver et a en premier lieu des conséquences sur le danger d'avalanche. La modélisation numérique de ce phénomène permet d'étudier les interactions complexes entre le manteau neigeux et le vent et d'en estimer les conséquences de manière distribuée. Dans ce contexte, cette thèse décrit le développement et l'évaluation d'un modèle couplé atmosphère/manteau neigeux dédié à l'étude du transport de la neige par le vent en zone de montagne reposant sur le modèle atmosphérique Meso-NH et le modèle détaillé de manteau neigeux Crocus. Le transport de la neige par le vent a été étudié sur le site expérimental du Col du Lac Blanc (massif des Grandes Rousses, France). Une base de données d'épisodes de transport couvrant dix hivers a tout d'abord été utilisée pour déterminer les caractéristiques principales de ces épisodes. Des simulations avec le modèle Crocus (non couplé à Meso-NH) ont ensuite montré qu'il était nécessaire de tenir compte des transformations mécaniques des grains de neige induites par le vent afin de simuler une évolution réaliste de la vitesse seuil de transport. Le site expérimental a également été le siège de deux campagnes de mesures en 2011 et 2012 visant à collecter de données de validation pour le modèle. Elles renseignent sur les conditions météorologiques près de la surface, sur les quantités de neige transportées et sur la localisation des zones d'érosion et de dépôt de la neige grâce à l'utilisation d'un laser terrestre. Le modèle de transport de neige par le vent Meso-NH/Crocus a été développé. Il intègre le transport de la neige en saltation et en suspension turbulente ainsi que la sublimation des particules de neige transportée. Un schéma à deux moments permet de simuler l'évolution spatiale et temporelle de la distribution en taille des particules. L'utilisation d'un schéma de couche limite de surface à l'interface entre Meso-NH et Crocus s'est révélé nécessaire pour représenter les forts gradients de concentration en particules de neige observés près de la surface. Meso-NH/Crocus est le premier modèle couplé atmosphère/manteau neigeux capable de simuler de manière interactive le transport de la neige par le vent en zone alpine. Meso-NH/Crocus a été évalué en relief réel grâce aux données collectées lors de la première campagne de mesure en 2011. La simulation d'un épisode de transport sans chute de neige simultanée montre que le modèle reproduit de manière satisfaisante les principales structures d'un écoulement en relief complexe ainsi que les profils verticaux de vitesse de vent et de flux de particules de neige en suspension près de la surface. En revanche, la résolution horizontale de 50 m est insuffisante pour reproduire avec précision la localisation des zones d'érosion et de dépôt autour du Col du Lac Blanc. La prise en compte de la sublimation réduit la quantité de neige déposée de l'ordre de 5%.Les techniques de descente d'échelle dynamique (grid nesting) ont ensuite été utilisées pour simuler un second épisode de transport avec chute de neige. L'augmentation de la résolution horizontale intensifie les contrastes de vitesse de vent entre versants au vent et sous le vent. En revanche, elle modifie peu les quantités et les structures spatiales des précipitations solides autour du Col du Lac Blanc. Lorsqu'il est activé, le transport devient la principale source d'hétérogénéités des accumulations neigeuse

Blowing and drifting snow in alpine terrain : observations and modeling using a snowpack-atmosphere coupled system

Le transport de la neige par le vent est une composante importante de l'interaction entre l'atmosphère et la cryosphère. En zone de montagne, il influence la distribution temporelle et spatiale de la couverture neigeuse au cours de l'hiver et a en premier lieu des conséquences sur le danger d'avalanche. La modélisation numérique de ce phénomène permet d'étudier les interactions complexes entre le manteau neigeux et le vent et d'en estimer les conséquences de manière distribuée. Dans ce contexte, cette thèse décrit le développement et l'évaluation d'un modèle couplé atmosphère/manteau neigeux dédié à l'étude du transport de la neige par le vent en zone de montagne reposant sur le modèle atmosphérique Meso-NH et le modèle détaillé de manteau neigeux Crocus. Le transport de la neige par le vent a été étudié sur le site expérimental du Col du Lac Blanc (massif des Grandes Rousses, France). Une base de données d'épisodes de transport couvrant dix hivers a tout d'abord été utilisée pour déterminer les caractéristiques principales de ces épisodes. Des simulations avec le modèle Crocus (non couplé à Meso-NH) ont ensuite montré qu'il était nécessaire de tenir compte des transformations mécaniques des grains de neige induites par le vent afin de simuler une évolution réaliste de la vitesse seuil de transport. Le site expérimental a également été le siège de deux campagnes de mesures en 2011 et 2012 visant à collecter de données de validation pour le modèle. Elles renseignent sur les conditions météorologiques près de la surface, sur les quantités de neige transportées et sur la localisation des zones d'érosion et de dépôt de la neige grâce à l'utilisation d'un laser terrestre. Le modèle de transport de neige par le vent Meso-NH/Crocus a été développé. Il intègre le transport de la neige en saltation et en suspension turbulente ainsi que la sublimation des particules de neige transportée. Un schéma à deux moments permet de simuler l'évolution spatiale et temporelle de la distribution en taille des particules. L'utilisation d'un schéma de couche limite de surface à l'interface entre Meso-NH et Crocus s'est révélé nécessaire pour représenter les forts gradients de concentration en particules de neige observés près de la surface. Meso-NH/Crocus est le premier modèle couplé atmosphère/manteau neigeux capable de simuler de manière interactive le transport de la neige par le vent en zone alpine. Meso-NH/Crocus a été évalué en relief réel grâce aux données collectées lors de la première campagne de mesure en 2011. La simulation d'un épisode de transport sans chute de neige simultanée montre que le modèle reproduit de manière satisfaisante les principales structures d'un écoulement en relief complexe ainsi que les profils verticaux de vitesse de vent et de flux de particules de neige en suspension près de la surface. En revanche, la résolution horizontale de 50 m est insuffisante pour reproduire avec précision la localisation des zones d'érosion et de dépôt autour du Col du Lac Blanc. La prise en compte de la sublimation réduit la quantité de neige déposée de l'ordre de 5%.Les techniques de descente d'échelle dynamique (grid nesting) ont ensuite été utilisées pour simuler un second épisode de transport avec chute de neige. L'augmentation de la résolution horizontale intensifie les contrastes de vitesse de vent entre versants au vent et sous le vent. En revanche, elle modifie peu les quantités et les structures spatiales des précipitations solides autour du Col du Lac Blanc. Lorsqu'il est activé, le transport devient la principale source d'hétérogénéités des accumulations neigeusesBlowing and drifting snow are crucial components of the interaction between the cryosphere and the atmosphere. In mountainous areas, it affects the temporal and spatial distribution of snow depth throughout the winter season and influences avalanche formation. Numerical modeling offers a solution for studying the complex interaction between the snowpack and the wind field and to assess the related processes in a spatially distributed way. In this context, this PhD describes the development and the validation of a coupled snow/atmosphere model which is dedicated to the study of blowing and drifting snow in alpine terrain. The coupled model consists in the atmospheric model Meso-NH and the detailed snowpack model Crocus. Blowing and drifting snow have been monitored at the Col du Lac Blanc (Grandes Rousses range, French Alps) experimental site. A database consisting of blowing snow events observed over 10 years allowed us to identify the main features of these events. Numerical simulations using Crocus illustrated the necessity of taking the wind-dependence of snow grain characteristics into account in order to simulate satisfactorily the occurrence of blowing snow events. We also carried out two measurement campaigns at our experimental site in 2011 and 2012 in order to collect validation data for the model. This includes measurements of vertical profiles of wind speed and snow particle fluxes near the surface and the mapping of areas of erosion and deposition using terrestrial laser scanning. The coupled Meso-NH/Crocus model has been developed in order to account for blowing and drifting snow. It simulates snow transport in saltation and in turbulent suspension and includes the sublimation of suspended snow particles. In the atmosphere, a double-moment scheme allows the model to simulate the spatial and temporal evolution of the snow particle size distribution. The implementation of a surface boundary layer scheme at the interface between Meso-NH and Crocus turned out to be necessary to reproduce the strong vertical gradient of snow particle concentration near the surface. Meso-NH/Crocus is the first coupled snow-atmosphere model that can simulate snow transport in alpine terrain in an interactive way.Meso-NH/Crocus has been evaluated against data collected near Col du Lac Blanc during the first measurement campaign in 2011. The simulation of a blowing snow event without concurrent snowfall showed that the model captures the main structures of atmospheric flow in complex terrain, the vertical profile of wind speed and the snow particle fluxes. However, the horizontal resolution of 50 m is found to be insufficient to simulate the location of areas of snow erosion and deposition observed around Col du Lac Blanc. Blowing snow sublimation leads to a reduction in snow deposition of approximately 5%.We used downscaling techniques (grid nesting) to simulate a second blowing event with concurrent snowfall. The increase in horizontal resolution enhanced the contrast of wind speed between windward and leeward slopes. However, it only slightly affects the amount and the spatial pattern of snow precipitation around Col du Lac Blanc. When activated, blowing and drifting snow are the main sources of spatial variability of snow accumulatio