Le cycle de l'eau : modélisation de l'hydrologie continentale, étude de ses interactions avec le climat
Résumé
This thesis studies a wide spectrum of hydrological processes. The sensitivity of the global water cycle to soil hydrology is analysed with a General Circulation Model (MCG). Three directions are explored: the influence of a drainage term, of the soil water-holding capacity, and of the subgrid scale variability of continental hydrology, through a distributed parameterization of runoff. The sensitivity of the water cycle depends on both the amplitude and the sign of the mean variations of continental evaporation induced by the studied parameterizations. It also depends on the spatial and time distribution of these variations. This distribution is especially sensitive to soil hydrology in the tropics, and induces important changes of the Hadley-Walker circulation and the associated indian monsoon circulation. Nevertheless, the different parameterizations of soil hydrology have a very weak impact on mean moisture convergence over land, in regard to the systematic overestimation of the latter in the GCM. The second part of this thesis presents the development of a Model of Lateral Transport (MLT) of water within large catchments, and its application to simulate the discharge of 14 large rivers, under the forcing of daily outflow simulated by a GCM. With regard to the differences between observed and simulated precipitation and to the simplifications of soil hydrology in the GCM, the MLT allows a satisfying representation of the lag time between the maximum of mean outflow over a catchment and the maximum of river discharge close to the mouth.
Cette thèse étudie une large gamme de processus liés au cycle de l'eau. La sensibilité du cycle hydrologique global à la représentation de l'hydrologie du sol est analysée à l'aide d'un Modèle de Circulation Générale (MCG). Trois directions sont explorées : l'influence d'un terme de drainage, celle de la capacité en eau du sol, et celle de la variabilité sous-maille de l'hydrologie continentale, à travers une paramétrisation distribuée du ruissellement. La sensibilité de la branche atmosphérique du cycle hydrologique dépend de l'amplitude et du signe des variations d'évaporation continentale moyennes induites par les paramétrisations étudiées. Elle dépend aussi de la distribution spatiale et temporelle de ces variations. Cette distribution est particulièrement sensible à l'hydrologie du sol dans les tropiques, où elle entraine des modifications importantes de la circulation de Hadley-Walker et de la mousson indienne associée. Les paramétrisations de l'hydrologie du sol n'ont cependant qu'une influence très faible sur la convergence d'humidité moyenne sur les continents, en regard de la surestimation systématique de cette grandeur dans le MCG. La seconde partie de cette thèse présente le développement d'un Modèle de Transport Latéral de l'eau dans les grands bassins versants, le MTL, et son application pour simuler le débit de 14 grands fleuves, à partir de l'écoulement total journalier simulé par un MCG. Le MTL permet de reproduire de manière satisfaisante le retard entre le maximum de l'écoulement total sur un bassin et le maximum du débit à l'aval du bassin, si l'on tient compte des différences entre les précipitations simulées et observées, et des simplifications de l'hydrologie du sol dans le MCG.