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OSUG - Terre Univers Environnement OSUG

Modélisation de la dynamique de la végétation boréale dans le contexte de l’amplification polaire de changements climatiques passés et futurs

par BRONDEX Julien - 30 mars 2015 - ( maj : 30 mars 2015 )

Arsène DRUEL

Date de début et de fin : Juillet 2013 - octobre 2016

Financement : Projet Franco Suédois GAP (Global Arctic Permafrost)

Directeurs : Gerhard Krinner (LGGE) et Philippe Peylin (LSCE)

Résumé :

L’amplification polaire, c’est-à-dire le fait que le réchauffement soit plus fort dans l’Arctique qu’ailleurs sur le globe, est une caractéristique aussi bien des changements climatiques passés que futurs. Par contre, les mécanismes et rétroactions sous-jacents impliquant les sols et la végétation sont mal connus. Une rétroaction particulièrement importante implique des changements régionaux de la couverture forestière et de l’albédo de la neige. Les variations d’albédo sont généralement plus fortes au-dessus de la végétation rase (toundra) durant le printemps qu’en forêt boréale (taïga). Des observations récentes sur les 25 dernières années (satellites et in-situ), ont permis de déceler des changements importants dans l’activité de la végétation dans les régions arctiques et boréales, incluant un prolongement de la saison de croissance. Ces changements ont été reliés à des changements de la structure des écosystèmes, en particulier à une migration de certains types de végétation comme les buissons et à une augmentation de la colonisation par les conifères. Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse est d’incorporer une description détaillée des écosystèmes boréaux (mousses, buissons et herbacées C3 boréaux) dans le modèle de surface continentale, ORCHIDEE, incluant leur effet sur l’albédo de la neige, la thermique du sol et les rétroactions climatiques. Enfin, ce modèle sera utilisé pour étudier la dynamique de la végétation boréale durant grands changements climatiques au cours du Quaternaire (par exemple, la recolonisation des paysages arides au cours déglaciations ou d’essayer de comprendre le paradoxe de la productivité glacial), l’Holocène (par exemple, le rapport rôle de rayonnement et les changements de température dans l’expansion vers le nord de la bande de forêt boréale au cours de l’optimum climatique Holocène), et d’affiner les projections des futurs changements de biogéographie boréales. L’impact d’une meilleure description des écosystèmes boréaux sur des simulations climatiques passés et futures sera appréhendé à l’aide du modèle ORCHIDEE couplé au modèle de climat de l’IPSL.

Abstract :

Past climatic changes in high latitude continental regions were large during the Quaternary and climate models similarly project particularly strong future changes in the Arctic. In this context, the distribution of vegetation in the northern high latitudes experienced large changes in the past and is expected to experience similar large changes in the future. During warming periods, the boreal forest band naturally tends to shift northward. Early signs of these changes will consist of the gradual replacement of tundra vegetation by shrubs, but also colonization of barren polar deserts by pioneer species and, possibly, an increased vulnerability of boreal biomes to disturbance at their southern ecotone which can lead to abrupt changes such as boreal forest dieback, possibly in conjunction with physical landscape changes such as permafrost degradation and subsequent thermokarst formation. Such changes appear to be ongoing at present. The aim of this PhD thesis is to improve the representation of processesand parameters underlying ecological succession in boreal biomes (fires, insects, windthrow, physiological limitations, etc.) in the dynamic global vegetation model ORCHIDEE. ORCHIDEE is a land surface model and part of the IPSL Earth System Model. The challenge is therefore to devise a realistic, yet sufficiently concise and efficient representation of small-scale processes relevant to global change. For that 3 high-latitude plant functional types are add in ORCHIDEE : mosses/lichens, shrubs and C3 boréal grass. The improved ORCHIDEE land-surface model will be used to address questions concerning boreal vegetation dynamics during large climatic changes during the Quaternary (e.g., recolonization of barren landscapes during deglaciations or trying to understand the glacial productivity paradox), the Holocene (e.g., the relative role of radiation and temperature changes in the northward expansion of the boreal forest band during the Holocene climatic optimum), and to refine projections of future boreal biogeography changes.

Mots-clef : Changement climatique, modélisation de la végétation, ORCHIDEE, DGVM, Arctique // Climate change, modeling of vegetation, ORCHIDEE, DGVM, Arctic

Sous la tutelle de :

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