sujet-these-2009-vischel
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Projet de thèse
Directeur de Thèse et co-directeur de Thèse: Théo Vischel (UJF) et Thierry Lebel (INPG)
Contact scientifique : theo.vischel@hmg.inpg.fr
Titre de la thèse: Modélisation de la réponse des hydro-systèmes ouest africains à la
variabilité climatique : apport des données satellitaires de pluie.
Thèmes principaux : Atmosphère et climat, hydrologie.
Description du projet :
Les régions subtropicales sont caractérisées par une forte vulnérabilité des ressources
en eau et agricoles à la variabilité climatique (e.g. Lebel et al., 2003 ; Descroix et al., 2008).
Dans ces régions, un enjeu majeur est de caractériser la sensibilité des hydro-systèmes aux
pressions climatiques et anthropiques. Pour ce faire, on dispose de modèles numériques
représentant de façon explicite les processus de surface, mais leur utilisation est rendue
difficile par l’absence de réseaux pluviométriques suffisamment denses et étendus pouvant
fournir des champs de forçage pluviométriques aux résolutions fines requises par ces modèles
(typiquement 1 à 5 km à un pas de temps de 5 à 30 minutes - Vischel et Lebel, 2007). Dans ce
contexte, l’utilisation de données satellitaires apparaît comme une source d’information
inestimable dans ces régions. Il est en particulier beaucoup à attendre de la mission Megha-
Tropiques (MT) prévue à l’horizon 2010 dont l’objectif est de mieux caractériser les systèmes
pluviométriques de la ceinture tropicale.
Le sujet de thèse propose de ...
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Directeur de Thèse et co-directeur de Thèse: Théo Vischel (UJF) et Thierry Lebel (INPG)
Contact scientifique : theo.vischel@hmg.inpg.fr
Titre de la thèse: Modélisation de la réponse des hydro-systèmes ouest africains à la
variabilité climatique : apport des données satellitaires de pluie.
Thèmes principaux : Atmosphère et climat, hydrologie.
Description du projet :
Les régions subtropicales sont caractérisées par une forte vulnérabilité des ressources
en eau et agricoles à la variabilité climatique (e.g. Lebel et al., 2003 ; Descroix et al., 2008).
Dans ces régions, un enjeu majeur est de caractériser la sensibilité des hydro-systèmes aux
pressions climatiques et anthropiques. Pour ce faire, on dispose de modèles numériques
représentant de façon explicite les processus de surface, mais leur utilisation est rendue
difficile par l’absence de réseaux pluviométriques suffisamment denses et étendus pouvant
fournir des champs de forçage pluviométriques aux résolutions fines requises par ces modèles
(typiquement 1 à 5 km à un pas de temps de 5 à 30 minutes - Vischel et Lebel, 2007). Dans ce
contexte, l’utilisation de données satellitaires apparaît comme une source d’information
inestimable dans ces régions. Il est en particulier beaucoup à attendre de la mission Megha-
Tropiques (MT) prévue à l’horizon 2010 dont l’objectif est de mieux caractériser les systèmes
pluviométriques de la ceinture tropicale.
Le sujet de thèse propose de ...
Projet de thèse
Directeur de Thèse et co-directeur de Thèse: Théo Vischel (UJF) et Thierry Lebel (INPG)
Contact scientifique : theo.vischel@hmg.inpg.fr
Titre de la thèse: Modélisation de la réponse des hydro-systèmes ouest africains à la
variabilité climatique : apport des données satellitaires de pluie.
Thèmes principaux : Atmosphère et climat, hydrologie.
Description du projet :
Les régions subtropicales sont caractérisées par une forte vulnérabilité des ressources
en eau et agricoles à la variabilité climatique (e.g. Lebel et al., 2003 ; Descroix et al., 2008).
Dans ces régions, un enjeu majeur est de caractériser la sensibilité des hydro-systèmes aux
pressions climatiques et anthropiques. Pour ce faire, on dispose de modèles numériques
représentant de façon explicite les processus de surface, mais leur utilisation est rendue
difficile par l’absence de réseaux pluviométriques suffisamment denses et étendus pouvant
fournir des champs de forçage pluviométriques aux résolutions fines requises par ces modèles
(typiquement 1 à 5 km à un pas de temps de 5 à 30 minutes - Vischel et Lebel, 2007). Dans ce
contexte, l’utilisation de données satellitaires apparaît comme une source d’information
inestimable dans ces régions. Il est en particulier beaucoup à attendre de la mission Megha-
Tropiques (MT) prévue à l’horizon 2010 dont l’objectif est de mieux caractériser les systèmes
pluviométriques de la ceinture tropicale.
Le sujet de thèse propose de développer une méthode d’élaboration d’un produit
pluviométrique basé sur les données MT et répondant aux exigences de la modélisation des
hydro-systèmes subtropicaux. Outre les données MT, on s’appuiera sur les réseaux
pluviométriques et radars
déployés dans le cadre de la CAL/VAL MT en Afrique de l’Ouest,
région subtropicale type pour laquelle une expertise forte existe suite au programme AMMA
sur la caractérisation et la modélisation de la variabilité hydro-climatique.
L’objectif de la thèse sera double:
(1)
combiner (i) les estimations pluviométriques issues de l’utilisation combinée des
instruments MT et des
satellites météo géostationnaires, (ii) les champs haute
résolution extraits des réseaux pluviométriques et radar CAL/VAL MT, (iii) ainsi que
des simulations de modèles statistico-dynamiques permettant de reconstruire de façon
stochastique des champs pluviométriques à fine échelle conditionnés par des
observations ponctuelles et spatiales (Vischel et al., 2009). Cette combinaison fournira
ainsi un produit pluviométrique ensembliste, bien adapté au forçage des modèles de
surface et prenant en compte les incertitudes des données sol et satellite.
(2)
Evaluer la pertinence - du point de vue utilisateur – de ces champs pluviométriques, en
appliquant ce forçage
à des simulations hydrologiques sur des hydro-systèmes d’
Afrique de l’Ouest pour lesquels des modèles hydrologiques et leurs
données de
validation sont disponibles.
Ces travaux contribueront au développement d’une méthode de validation des produits
pluviométriques satellitaires par l’hydrologie, dans les zones où une mesure pluviométrique
de référence n’est pas disponible.
Références bibliographiques
Descroix, L., G. Mahé, T. Lebel, G. Favreau, S. Galle, E. Gautier, J-C. Olivry, J. Albergel, O.
Amogu, B. Cappelaere, R. Dessouassi, A. Diedhiou, E. Le Breton, I. Mamadou, D.
Sighomnou, 2009. Spatio-temporal variability of hydrological regimes around the
boundaries between ..J. Hydrol. doi:10.1016/j.jhydrol.2008.12.012
Lebel, T., Diedhiou, A., Laurent, H., 2003. Seasonal cycle and interannual variability of the
Sahelian rainfall at hydrological scales. Journal of Geophysical Research 108 (D8), 8839.
Vischel, T., T. Lebel, S. Massuel, B. Cappelaere, 2009. Conditional simulation schemes of
rain fields and their application to rainfall–runoff modeling studies in the Sahel. J. Hydrol.,
doi:10.1016/j.jhydrol.2009.02.028
Vischel, T., Lebel, T., 2007. Assessing the water balance in the Sahel: impact of small scale
rainfall variability on runoff Part 2. Idealized simulation of runoff sensitivity. Journal Of
Hydrology 333 (2–4), 340–355.
Commentaires:
Connaissances et compétences requises : le candidat devra posséder des connaissances en
météorologie et/ou hydrologie, en télédétection et statistiques. Il devra également présenter un
attrait certain pour la modélisation et le développement numérique.
Proposal of topic of thesis
Supervisor and co-supervisor: Théo Vischel et Thierry Lebel
Scientific contact : theo.vischel@hmg.inpg.fr
Title of the topic: Contribution of rainfall estimated by satellite remote sensing to the
modelling of the response of West African hydro-systems to climate variability.
Main fields: Atmospheric and climate sciences, Hydrology
Description of the topic:
The water and agricultural resources of the subtropical regions are highly vulnerable to
climate variability. Assessing the sensitivity of the hydro-systems to climatic and
anthropogenic pressures, in these regions is a difficult challenging because of our limited
knowledge and data. Climate impact studies are usually based on numerical models that
simulate the surface processes. The use of these tools is limited, however, by the lack of
suitable rain data necessary as input field to surface models. The dense and extended rainfall
monitoring networks, that are needed to generate the high
resolution forcing rain fields
(typically 1 to 5 km spatial resolution and 5 to 30 minutes time resolution – Vischel and
Lebel, 2007), are rare in the Tropics. In this context, satellite data is needed to provide
valuable information for these regions. The Megha-Tropiques (MT) satellite mission planed
for 2010 is particularly promising since it will better document the tropical rainy systems.
This PhD project proposes to develop a rainfall product based on the MT data and which
would fit the requirements of hydrological models. Besides the MT data, the PhD student will
use the data from the ground rainfall monitoring network (mainly radar and rain gages)
implemented for the MT CAL/VAL process in West Africa. This region is a typical
subtropical area on which strong expertise in characterizing and modelling hydro-climatic
variability has been gained through the AMMA project.
The two main objectives of the thesis are:
(1)
Merging (i) rainfall estimates obtained from MT at different elaboration levels and
data from geostationary satellites, (ii) high resolution rain fields obtained from the
fine scale cal/val ground rainfall monitoring networks and (iii) conditional
stochastic simulations of dynamic models (Vischel et al., 2008) that statistically
account for the uncertainty of satellite and ground rainfall estimates. The merging
methodology will provide an ensemble rainfall product suitable for hydrological
modelling applications.
(2)
Assessing the relevance – from a user’s point of view – of the rainfall product to
simulate the hydrology of West African catchments for which hydrological models
and validation data are available.
The thesis will contribute to the development of a hydrology based methodology for the
validation of remotely sensed rainfall estimates, over poorly monitored areas.
References
Descroix, L., G. Mahé, T. Lebel, G. Favreau, S. Galle, E. Gautier, J-C. Olivry, J. Albergel, O.
Amogu, B. Cappelaere, R. Dessouassi, A. Diedhiou, E. Le Breton, I. Mamadou, D.
Sighomnou, 2009. Spatio-temporal variability of hydrological regimes around the
boundaries between ..J. Hydrol. doi:10.1016/j.jhydrol.2008.12.012
Lebel, T., Diedhiou, A., Laurent, H., 2003. Seasonal cycle and interannual variability of the
Sahelian rainfall at hydrological scales. Journal of Geophysical Research 108 (D8), 8839.
Vischel, T., T. Lebel, S. Massuel, B. Cappelaere, 2009. Conditional simulation schemes of
rain fields and their application to rainfall–runoff modeling studies in the Sahel. J. Hydrol.,
doi:10.1016/j.jhydrol.2009.02.028
Vischel, T., Lebel, T., 2007. Assessing the water balance in the Sahel: impact of small scale
rainfall variability on runoff Part 2. Idealized simulation of runoff sensitivity. Journal Of
Hydrology 333 (2–4), 340–355.
Comments:
Skills expected in meteorology and/or hydrology, remote sensing and statistics. The candidate
must have a strong interest in numerical modelling and development.
