Forçages climatiques et précipitations en très haute montagne

UNIVERSITE
MONTPELLIER II
INSTITUT DE RECHERCHE
POUR LE DEVELOPPEMENT
Ecole Doctorale Sciences de la
Terre et de l'Eau
Département Milieux et
Environnement
UR GREATICE
Forçages climatiques et précipitations en très haute
montagne tropicale, comparaison sols nu et englacé
Vallée du Rio Zongo (Cordillère Royale, Bolivie)
Marie BOURQUI
Mémoire de DEA en Sciences de l'Eau dansl'Environnement Continental
Sous la direction de Pierre Chevallier
Soutenu le 30 Juin 2003 devant un Jury composé de :
Michel DESBORDES
Alain DELACOURT
Pierre CHEVALLIER
Yann L'HÔTE
SOMMAIRE
l Introduction générale
,
"
1
1
1
2
2
I.l Objectif des programmes de recherche de l'unité GREAT ICE
I.2 Problématique cl Objectif
I.3 Description du site d'étude
I.4 Plan de travail
n
Diverses définitions de
climatologique
la zone
intertropicale et sa spécificité
3
n.l Généralité et définition astronomique
II.2 Limite thermique YS limite astronomique
n.3 Limite météorologique YS limite astronomique
II.3.1Les mouvements méridiens de la ZIcr
II.3.2 La ZIcr et la saison des pluies4
3
3
4
nI Conditions climatiques et glaciologiques de la vallée du Zongo et de la
Cordillère Royale de Bolivie
'"
5
m.l Le climat en terme de précipitations
m.2 FonctiONlements des glaciers tropicaux et régimes hydrologiques associés
5
6
m.3 Le phénomène El Niiio sur la région
7
IV Le réseau de mesures hydrométéorologiques dans la Cordillère Royale et
..
des donnees assoclees
origines
.8
1
.1
IV.l Les 3 types de provenances de données utilisées
8
IV.l.l La SMA pour le PNRH la station Charquini
IV.1.2 La station Zongo-5150
IV.1.3 La station Plataforma
IV.1.4 Les stations secondaires de la vallée
IV.2 Une station de la veille météorologique: La Paz-El Alto
IV.3 Les Réanalyses NCEPINCA
15
15
V Caractéristiques climatologiques générales de l'année étudiée par rapport
aux années antérieure
16
V.l Un paramètre météorologique majeur pour la définition des caractéristiques du
climat de la région : les précipitations
16
v.u Les totaux annuels pour l'année 200112002
V.1.2 Les précipitations saisonnières : humides (cumuls décembre, janvier, février et
mars) & sèches (cumuls mai, juin, juillet et aoQt)
V.1.3 La répartition intra annuelle des précipitations de novembre 2001 à décembre. 2002 sur
la Plataforma
V.1.4 Résultats sur les totaux de précipitations à La Paz El Alto depuis 1944
V.1.5 synthèse
V.2 Un second paramètre météorologique représentatif pour la définition des
21
caractéristiques du climat de la région: la température
V.2.1 La répartition inter annuelle des températures
V.2.2 Températures mensuelles & dénombrement par apport aux années antérieures
V.2.2.a) Sur la série de la Plataforma 1995 à 2002 (7 années hydrologiques de novembre à octobre)
V.2.2.b) Sur le modèle des Réanalyses depuis 1948
V.3 Synthèse
23
VI Dynamique locale
,
'"
26
VI.1Conditions météorologiques de la yallée du Rio Zongo
26
VI.1.1
Moyennes
annuelles et
valeurs
extrêmes
des différents
météorologiques
VI.1.2 Dynamique des températures de l'air et des paramètres associés
paramètres
VU.2.a) Dynamique saisonnière globale
VIol.2.b) Dynamique saisonnière des gradients altidunaux de température
VI.l.2.c) Dynamique saisonnière de l'amplitude thermique journalière
VI.1.3 Humidité de l'air au pas de temps mensuel et décadaire
VI.1.4 Analyse des vents en surface (vitesse et direction)
VIol.4. a) Analyse globale
VIol.4. b) Dynamique journalière
VI.2 Dynamique des précipitations
39
Vt2.1 Répartition des précipitations et de leur phase
VI.2ol a) Répartition annuelle
VI.2ol.b) Répartition horaire des précipitations et de leurs phases
VI.2.l.c) Répartition saisonnière des précipitations selon l'heure de la journée et les phases
VI.2.2.Tenue de la neige au sol: comparaison sols nu et englacé
vn Notions de
bilan radiatif
comparaison sols nu et englacé
46
m.l Rappels physiques
m.2 Etude globale et saisonnière du bilan radiatif
46
47
VII.2.1 Radiation solaire incidente
VII.2.2 L'albédo et la radiation courtes longueurs d'ondes réfléchie
VII.2.3 Radiations nette grandes longueurs d'ondes
52
m.3 Radiation nette toutes longueurs d'ondes et synthèse
vm Conclusions et perspectives
Références bibliographiques
53
'"
'"
54
1 Introduction générale
1.1 Objectif des programmes de recherche de l'unité GREAT ICE
Depuis 1991, l'équipe GREAT ICE (Glacier et ressources en Eau dans les
Andes Tropicales: Indicateurs climatiques et environnementaux) l'IRD
(Institut pour la Recherche et le Développement) a engagé des programmes
de recherche sur les ressources en eau des vallées à forte dominante
glaciaire dans les Andes Tropicales. En effet, les glaciers tropicaux, qui
représentent des stocks d'eau conséquents utiles pour les populations
locales, connaissent depuis le début les années 1980 un recul accéléré. Afin
de rechercher dune part l'origine de ce retrait (évolution des températures
ou autre) et de modéliser le transfert précipitation débit dun bassin versant
glaciaire de nombreux modèles de couplage glaciers tropicaux/ climat ont été
réalisés.
De plus les calottes sommitales de hauts sommets Andins constituent des
enregistrements du climat des siècles dernier. Cet enregistrement est très
important dans cette zone intertropicale qui est la région clé du monde dans
l'étude de l'évolution du climat. C'est la partie terrestre qui est censée
redistribué l'énergie excédentaire qu'elle reçoit aux plus hautes latitudes.
Elle est donc le siège d'échanges énergétiques et hydriques considérables
entre le sol et l'atmosphère dont seul les glaciers tropicaux ont ·pu
enregistrer l'évolution passée.
Dans cette optique GREAT ICE a réalisé ou va réaliser de nombreux
carottages sur les calottes sommitales le long des Andes Tropicales.
Aujourd'hui, le domaine d'étude s'étend aux zones non englacées qui
peuvent avoir leur intérêt afin d'étudier la formation du stock de neige sur
ces pentes et la dynamique de la couverture neigeuse. Un Programme
National de Recherche en Hydrologie (PNRH) a donc été lancé par 1unité en
collaboration avec le Centre National de Recherche en Météorologie afin
d'étudier la formation et l'évolution de cette couverture neigeuse sur les
zones non englacées. Le but principal est de constituer une base de données
météorologiques et nivologiques dans les Andes tropicales. Pour ceci une
station météorologique très complète pour l'étude de la neige et des
paramètres météorologiques sur un sol nu a été installée au lieu dit
Charquini dans une vallée de la Cordillère Royale Bolivienne à proximité de
la capitale La Paz. Au sein de cette vallée, le principal glacier, le glacier du
Zongo est déjà étudié par 1unité depuis 1991. La station météorologique de
Charquini, quant à elle, a été mise en route le 20 octobre 2001.
1.1 Problématique et objectifs
Comment réaliser la discrimination pluie-neige des précipitations? Y at-il
une couverture neigeuse durable hors des zones englacées? Ce sont les
questions que se sont posés les acteurs du projet avant de le soumettre au
PNRH.
L'objectif est d'avoir connaissance de l'ampleur de la formation de stock de
neige hors des glaciers en très haute montagne Tropicale. Mais l'intérêt
premier de cette étude est de réfléchir au fonctionnement météorologique
d une vallée andine tropicale, afin de connaître la réelle situation climatique
1
dans laquelle sera modélisé le manteau neigeux. Et il est aussi primordial de
réaliser une étude comparative avec un sol englacé afin de dégager des
différences climatologiques très locales qu'il existe entre les deux types
d'occupation de sol, d'autant plus que les sols englacés sont déjà très
étudiés.
1.3 Description du site d'étude
La station météorologique est située à 4795 métres dans la partie terminale
d'une vallée andine de très haute montagne appelée vallée du Rio Zongo.
Cette zone est située 16° de latitude sud dans la Cordillère Royale
Bolivienne. La partie étudiée de la vallée s'élève entre 4800 et 5150 mètres
au-dessus du niveau de la mer. La Cordillère Royale relie l'Altiplano, plateau
sédimentaire froid et sec, situé en moyenne à 4000 mètres d'altitude, aux
« Yungas n, zones tropicales boisées et pentues, relativement
humides et
chaudes. Ces Yungas font par la suite la transition avec la forêt
amazonienne toute proche (figure 1.1). La partie haute de la vallée est
constituée de hauts sommets majoritairement entourés de glaciers dont le
plus haut culmine à 6088 m (le Huyna Potosi).
Contexte de
EO
Figure 1.1 Localisation géographique de la zone d'étude
1.4 Plan de travail :
Après avoir défini les spécificités climatologiques de la zone intertropicale, il
s'agira de dégager les conditions météorologiques moyennes observées
autour du nouveau site d'étude de Charquini. Ces conditions moyennes
s'appuieront sur l'analyse de différents jeux de données afin de les comparer
avec les observations de l'année 2001/2002 à la station Charquini.
Puis, on étudiera la dynamique locale du climat et des précipitations en
comparant les résultats obtenus aux stations du glacier Zongo et du site
Charquini. De méme il sera fait un examen de la tenue de la neige au sol. Un
dernier chapitre introduira des notions de bilan radiatif en confrontant les
différents bilans réalisés sur les deux sites.
2
Il Diverses définitions de la zone intertropicale et sa
spécificité climatologique
Il.1 Généralité et définition astronomique
La zone intertropicale est en premier lieu définie géographiquement et
astronomiquement comme la bande géographique contenue entre deux
méridiens appelés Tropique du Cancer (23°27 N) et Tropique du Capricorne
(23°27 SOl qui délimitent la région du globe où le soleil passe deux fois par
an au zénith. Aux limites, il ne passe qu une seule fois aux solstices : le 21
juin sur le tropique du Cancer et le 21 décembre sur le tropique du
Capricorne (WAGNON 1999).
La bande intertropicale possède un climat très perturbé. En effet, c'est la
zone qui reçoit les plus fortes valeurs de radiation du soleil. Ces rayons
arrivant avec un angle zénithal très faible et un trajet atmosphérique moins
important. Par conséquent, c'est une région qui reçoit un gain d'énergie
excédentaire dans le système terre atmosphère. Cela crée un lieu d'échanges
énergétiques énormes entre le sol, l'océan et la troposphère car il est
indispensable de redistribuer cette énergie vers les plus hautes latitudes.
Cependant une définition plus climatologique de cette zone va rendre
compte de frontières beaucoup moins rectilignes et parallèles.
Il.2 Limite thermique vs limite astronomique
Dans la zone intertropicale la radiation solaire présente peu de changements
au cours de l'année contrairement à nos latitudes, l'angle zénithal solaire
restant élevé toute l'année (HASTENRATH, 1991). Pour cette raison la
variation annuelle des températures moyennes est très faible. Sur l'Equateur
l'amplitude thermique annuelle est de l°à 2°. Par conséquent la variation
diurne de température excède largement la variation annuelle.
Ainsi par ces températures, le climat de la zone intertropicale peut être
délimité thermiquement par une ligne où l'amplitude thermique annuelle
(ôTa; définie par la différence de température entre le jour le plus chaud et
le jour le plus froid de l'année) est égale à l'amplitude thermique journalière
(ôTd; définie par la différence de la moyenne des maximaux journaliers
moins la moyenne des minimaux journaliers sur une année (KASER and
OSMASTON, 1996)). La variation de températures moyennes journalières est
donc réduite tout au long de l'année. Cette remarque est particulièrement
importante en terme de variabilité intraannuelle du climat; en effet elle
montre qu'il est préférable dutiliser un autre indicateur météorologique que
la température de l'air pour définir les saisons.
Il.3 Limite météorologique vs limite astronomique
Une autre frontière existe; c'est celle créée par les limites de la circulation
Nord-Sud de la zone de convergence des alizés. Ces vents induits
dynamiquement par la rotation de la terre apportent des masses d'air
humides ramenées de leurs passages sur les océans. Cette région est appelée
3
zone de convergence intertropicale (ZICT) 1 ou équateur météorologique. C'est
une zone de basses pressions qui provoque l'ascension des masses d'air
ramenées par les alizés, leur refroidissement puis leur condensation et
finalement beaucoup de précipitations. (RAMIREZ, 2003)
II.3. ILes mouvements méridiens de la ZICT
Les variations méridiennes des positions de la ZICT sont liées au mouvement
apparent du soleil, ceci étant dû à l'inclinaison de la terre et à sa rotation
autour du soleil. La ZICT est toujours tirée vers l'hémisphère d'été. Ses
déplacements nord sud s'effectuent avec un décalage de 5 à 6 semaines sur
les mouvements du maximum d'émission énergétique. Ce maximum est
situé le 21 décembre dans l'hémisphère sud. C'est donc après cette date que
la ZICT sera située dans sa position sud (DHONNEUR, 1980). Sa localisation
extrême dépend du type de surface qu'elle recouvre. L'inertie thermique des
océans limite l'amplitude de ses déplacements. Sur les continents la ZICT se
déplace jusqu'à 30 S en Amérique Latine. (Figure 1.1)
0
Figure 1i.1 Déplacement de la Zone Intertropicale de Convergence (lICT). En, janvier à gauche et
en juillet à droit. (Source National Geographie Society, ERS-1, modifié d'après (ROZANSKI and
ARAGUAS, 1995)
II.3.2 La ZICTet la saison des pluies
La ZICT étant une zone de fort couvert nuageux et très précipitante, sa
présence est signe d'humidité. Ses mouvements saisonniers contrôlent les
précipitations dans les régions intérieures et contiguës à ces limites
d'extension. Cette mobilité créée respectivement deux types de climats dans
les Tropiques d'Amérique Latine. Les zones situées entre les positions
extrêmes de la ZICT ont une année marquée par deux saisons humides et
deux autres moins humides: c'est la zone tropicale interne. Et les zones
situées sur la limite extrême de la ZICT sont marquées par une saison
humide quand la ZICT est présente (en général de décembre à avril) et par
une saison sèche le reste de l'année. Cette zone est appelée zone tropicale
externe. C'est le cas de la Cordillère Royale Bolivienne, notre zone d'étude,
qui jouit d'un climat très variable en humidité avec l'alternance entre un
climat subtropical aride et un climat dit tropical (WAGNON 1999).
1
ITCZ Inter Tropicale Convergence Zone en anglais
4
III Conditions climatiques et glaciologiques de la vallée du
Zongo et de la Cordillère Royale de Bolivie
III. 1 Le climat en terme de précipitations
La Cordillère Royale est une zone de climat très contrasté en précipitations
avec une saison des pluies humide (ou été austral) qui débute en novembre
et dure jusqu'à 6 mois, avec un maximum de précipitations généralement en
janvier (ROCHE et al., 1990). Cette saison des pluies se produit lorsque la
ZICT se trouve à la latitude de la Cordillère Royale et apporte par les flux
intertropicaux d'est, l'humidité issue de l'Atlantique et de l'Amazonie dans
les bases couches de l'atmosphère (VUILLE, 1999) (Figure 111.1 a). Lors de
cette période il tombe en moyenne 80% des précipitations annuelles, dont les
% entre novembre et février (RAMIREZ et al., 1995). Les précipitations
arrivent par cycles de plusieurs jours, entrecoupés de périodes de temps
plus sec (GARREAUD and ACEITUNO, 2001). Ces cycles sont liés à la
position d'un anticyclone situé à un niveau de pression 200hPa dans la
haute troposphère, et centré approximativement sur l'Altiplano en hiver
Austral (Figurelll.l.b). Une période faible en précipitations serait due à un
affaiblissement assorti d'un déplacement vers le nord de cette zone de
hautes pressions. Le schéma contraire (déplacement vers le sud) est
rencontré pendant les longues périodes humides (GARREAUD 1999;
VUILLE, 1999).
Figure 111.1 Conditions climatologiques d'été austral (1968 -1996) basées sur les réanalyses
NCEP/NCAR). D'après (VUILLE, 2000).
a) vent au niveau 850 hpa (flux intertropicaux d'est)
b) vent à 200hPa, le « High Bolivian » centré sur la Bolivie.
Le point blanc marque la zone d'étude.
La saison sèche (ou hiver austral) est, quant à elle, associée au départ de la
ZICT donc à un affaiblissement des alizés, ainsi qu'à l'arrivée de solides
anticyclones subtropicaux au sud qui maintiennent une forte stabilité des
masses d'air et bloquent les arrivées humides de la plaine amazonienne. La
5
saison sèche sévère dure généralement 4 mois (mai, juin, juillet et août) et
représente entre 5 et 10 % des précipitations annuelles. Ces précipitations,
sont en majorité dus à des perturbations de ce système de stabilité qui
provoque une remontée par le sud d'air polaire. Ces fronts polaires sont
appelés « surazos Il en Bolivie. Ils se produisent durant toute l'année mais
sont 4 fois plus fréquents durant l'hiver Austral (GARREAUD 2000; ROCHE
et al., 1990; RONCHAIL, 1989). Lors de ce phénomène, les masses d'air sont
originaires du Pacifique sud oriental. Elles sont canalisées dans la direction
sud-nord par la cordillère et sont ressenties jusqu'à 10° de latitude sud. La
présence de ces masses d'air est signe dun abaissement des températures et
de pics de précipitation en saison sèche. En hiver, ces fronts polaires
provoquent des fluctuations de températures moins fortes, mais ils sont
aussi associés à des précipitations causées par la rencontre d'air froid et
d'air relativement chaud de la région. Ces csurazosll entraînent, en saison
sèche, des chutes de neiges qui peuvent être conséquentes en haute
montagne durant quelques jours (RIB8TEIN et al., 1995).
Dans les vallées de montagne, on peut noter l'importance dun gradient
altitudinal de précipitations. Les flux humides en provenance d'Amazonie
étant bloqués par la Cordillère, ceux ci s'élèvent et provoquent des
précipitations d'origine orographique par la remontée des masses d'air le
long des pentes. La cause vient de la diminution des températures avec
l'altitude qui entraîne la chute de la pression de vapeur saturante,
déclenchant la condensation (BARRY, 1992).
Les précipitations augmentent depuis les contreforts amazoniens pour
atteindre un optimum pluviométrique entre 1500 et 2000 mètres d'altitude
(avec 2 à 3 mètres d'eau par an) (WAGNON 1999). Au-dessus, le gradient de
précipitations devient franchement négatif, l'air se déchargeant au fur et à
mesure de son humidité. En haute montagne, le cumul de précipitations
annuelles se situe entre 800 et 1000 mm (CABALLERO, 2001).
Du fait des forts changements saisonniers d'humidité, les gradients
altitudinaux de températures ont eux aussi leur évolution saisonnière. Ceci
étant dû aux lois de la thermodynamique et à l'existence deux types
d'adiabatiques 2 : l'adiabatique sèche étant supérieure en valeur absolue à
l'adiabatique humide (QUENEY, 1974). On passe d'environ -0,55 OC pour
100 m en saison humide à -0,80°C/ 100m en saison sèche dans les Andes du
Nord du Chili (LLIBOUTRY, 1999).
111.2 Fonctionnements des glaciers tropicaux et régimes hydrologiques
associés
Le bassin versant de la vallée du Zongo est à forte composante glaciaire. Les
glaciers tropicaux ont un fonctionnement très différent de leurs homologues
tempérés. En effet, à ces latitudes, la saison des pluies ayant lieu pendant
l'été austral, ces glaciers subissent leur maximum d'ablation en même temps
que leur période d'accumulation. Mais la particularité de ces glaciers est
qu'ils sont en période d'ablation toute l'année, (POUYAUD et al., 1995) même
en hiver austral. Ceci est du au fait de l'absence de précipitations régulières
qui les protègeraient de la fonte par augmentation de l'albédo (voir définition
2 Diminution de la température d'une masse d'air lorsque qu'elle prend de l'altitude du fait de la diminution de la
pression. Le tout se faisant sans échange de chaleur avec l'extérieur
6
partie VI) (FRANCOU et al., 2003) et du rayonnement solaire intense
provenant de la basse latitude et de la haute altitude. Ce rayonnement est
plus intense en haute altitude car le facteur de transmission solaire est plus
élevé qu'à basse altitude. Cette caractéristique a une conséquence sur le
régime hydrologique des bassins versants intertropicaux à forte influence
glaciaire. Ceux-ci peuvent maintenir un débit soutenu de leurs torrents
émissaires même en saison sèche. Ce débit est capital pour la ressource en
eau des populations locales. Ici, les maximums de débit aux émissaires des
glaciers ne correspondent pas aux maximums de précipitations. Cette
différence se situe à plusieurs pas de temps : diurnes, l'ablation n'ayant lieu
qu'en présence du soleil (SICART 2001) et mensuelles car le maximum
d'ablation (mois de novembre) ne correspond pas au maximum de la saison
des pluies au mois de janvier (RIBSTEIN et al., 1995). De plus la présence
d'un stock de neige conséquent sur des parties non englacées accentuerait la
différence entre maximum de précipitations et maximum de débit observé.
111.3 Le phénomène El Kino sur la région
Une manifestation majeure de la variabilité climatique interannuelle dans
cette région est le phénomène d'oscillation australe (ENSO)3. Signe
d'anomalie chaude sur la partie ouest de l'océan Pacifique, ce phénomène est
défini par l'indice d'oscillation australe (SOI)4 qui représente la valeur
centrée réduite de la différence de pression entre Tahiti et Darwin (Australie).
Lorsque cette valeur passe en dessous de -1, l'événement correspondant est
nommé El Niiio. L'événement inverse est appelé La Nina. Les conséquences
de l'arrivée d'El Niiio sont nombreuses et disparates en Amérique du Sud.
Lorsque ce phénomène apparaît dans la Cordillère Royale de Bolivie, il est
constaté une très nette diminution des précipitations pendant la saison
humide en conséquence de la réduction des alizés du nord-est et d'un
renforcement des vents d'ouest (ACEITUNO, 1988; RONCHAIL, 1998;
VUILLE, 1999). L'épisode El Niiio est de même synonyme d'une
augmentation des températures de surface de 0.7 à 1.3 oC par rapport à la
phase La Niiia (VUILLE, 2000). Cette augmentation a pour conséquence une
remontée des isothermes et donc de la limite pluie-neige en haute montagne.
3
4
ENSO: El Nifio Southem Oscillation
SOI: Southern Oscillation Index
7
IV Le réseau de mesures hydrométéorologiques dans la
Cordillère Royale et les origines des données associées
Dans le but d'étendre le réseau de mesure des glaciers à la zone
intertropicale, l1RD (à cette époque l'ORSTOM), aidé par la COBEE
(Compagnie Bolivienne d'électricité) a mis en place en 1991 les premières
balises afin d'étudier le bilan de masse dun glacier à proximité de la Paz, le
glacier du Zongo (POUYAUD et al., 1995). Ensuite est venue la volonté de
réaliser des modélisations de la fonte du glacier du transfert pluie-débit dans
le bassin versant englacé à partir des forçages météorologiques. Ainsi, l' IRD
a mis en place dès 1992, tout un réseau de limnigraphes et de pluviomètres
totalisateurs dans la vallée au niveau de retenues hydro-électriques. Puis à
partir de 1995, sont arrivées les stations météo automatiques (ou SMA) au
lieu dit « La Plataforma Il et sur le glacier Zongo. Ces stations permettent des
relevés à un pas de temps précis des forçages atmosphériques. Ils
s'expriment par la mesure des grandeurs climatiques qui ont une influence
sur les processus hydrologiques et glaciologiques (CABALLERO, 2001).
Depuis, le réseau de mesures du glacier a évolué et s'est intensifié au fur et
à mesure des besoins et de l'évolution des méthodes. C'est de nos jours lun
des glaciers qui possède le réseau de mesure le plus dense de la zone
intertropicale f'N AGNON 1999). Aujourd'hui, le programme continue et le
réseau se diversifie avec l'installation en novembre 2001 dune SMA très
complète. Cette installation permet d'étudier la couverture neigeuse des
zones non englacées en très haute montagne tropicale sur un site nommée
Charquini.
Il est intéressant de noter que l' IRD étudie ou a étudié dès 1992 d'autres
sites glaciaires en Bolivie, comme le glacier de Chacaltaya (FRANCOU et al.,
2003) situé au même endroit dans la Cordillère Royale mais sur le versant
coté Altiplano et l111imani (6439 m) au Sud Est de la Paz (17.6°S)(WAGNON
et al., 2003). L'institut dirige aussi des programmes similaires sur des
bassins versants glaciaires équatoriens et péruviens.
IV. 1 Les 3 types de provenances de données utilisées
Nous allons confronter et comparer les données des paramètres
hydroclimatiques issues de la station dite Charquini installée pour le PNRH
à 3 types de stations météorologiques et d'emplacements géographiques.
Dans la même vallée, il existe 2 autres stations météorologiques
automatiques (SMA) du même type : la station dite Zongo-5150 située sur le
versant d'en face et sur la langue terminale du glacier du même nom à 5150
mètres d'altitude. Et celle située au lieu dit la Plataforma juste sous le col
Zongo à 4750 mètres d'altitude. Une station secondaire sera utilisée, c'est la
station de Llaullini à 3417 mètres. La figure IV.I présente la localisation
géographique de ces 4 sites dans la vallée.
Ces stations météorologiques automatiques prennent une moyenne des
paramètres météorologiques mesurés toutes les lh heures. Ces paramètres
étant entre autres la température, l'humidité relative de l'air, les radiations
incidentes et réfléchies longues et courtes longueurs d'ondes, la vitesse et la
direction du vent.
8
Une station du réseau de veille météorologique internationale de
l'OMM (Organisation Mondiale de la Météorologie) sera utilisée. Cette station
est celle d'El Alto située sur l'aéroport desservant la ville de la paz à 24 km
au sud à vol d'oiseau du site Charquini.
On utilisera aussi les données issues du modèle de réanalyses établies par
les services de la météorologie américaine.
9
--
Figure IV.1 Carte topographique au 1/50000ème de la partie haute de la vallée du Rio Zongo.
10
IV.l.l La S.IfA du projet PNRH : la station Charquini
La SMA est située à 4795 m sur un versant orienté nord ouest à 150 mètres
de dénivelée sous le petit glacier du Cerro Charquini. Le type de sol est
composé d'éboulis granitiques très pauvres en végétation.
La station est constituée de plusieurs types de capteurs. Ceux qui sont utiles
pour notre étude sont reportés dans le tableau IV. 1.
La station est aussi composée de 2 pluviographes. Le premier fonctionne par
pesées automatiques de marque GEONOR. Ce pluviomètre est très spécifique
pour les mesures de chutes de neige. Le second marche avec des augets
basculeurs de marque HOBO. Ces 2 pluviographes seront complémentaires
pour la discrimination pluie-neige lors des précipitations (Voir partie VI.2).
La figure VI.2 représente cette station et ses différents appareillages.
Tableau /V.1 Liste des capteurs utiles installés à la station météorologique Charquini
Paramètre mesuré,
(unité)
Type de capteur et marque
Température de l'air
dite ventilée (OC)
Hygrothermomètre Vaisala installé a
'intérieur d'un abri ventilé cylindrique
Humidité relative de
l'air ('II.)
Hauteur
Précision
(donnée
constructeur)
Problèmes rencontrés et
dates
+-o,2°C à 20·C
1m
+-1% à 20°C
Si la tem pérature passe
Direction du vent
(degré)
+- 3°
Girouette-anémomètre de marque
YOUNG
2m
Force du vent (mis)
+-1,5%
SW: Radiation courtes
longueurs d'ondes
incidentes et réfléchies Bilanmètre unique Kipp & Zonnen:
(W.m")
pyranomètre longueurs d'ondes [305LW: Radiation longues ~8001 nm et
longueurs d'ondes ~OOOOI nm
incidentes et réfléchies
(W.m")
Température du sol
pyrgéomètre [5000-
90 cm
(OC)
Thermocouple de type CuivreConstantan réalisé et testé sur place
Ocm
Température de l'air
non ventilée (OC)
Thermocouple de type CuivreConstantan réalisé et testé sur place et
placé dans un abri météo
100 cm
~n dessous de O·C
(souvent pendant les
averses neigeuses) la
girouette se bloque parfois
,Un problème de connexion
électrique quelquefois
entre le 15/01/02 et le
09/02/02
Neige sur les capteurs mais
le problème ne dure jamais
+-1 0% pour les
bien longtemps!! LW
totaux
réfléchies fausses du 15/01
journaliers
au 23/03/02 corrigées avec
empérature du sol,
Remarque: les capteurs de température, d'humidité, de rayonnement
et de vent n'ont pas jonctionnés du 18 avrll2002 au 10 mai 2002 pour
cause de changement de centrale d'acquisition et de mauvaise
programmation sur la nouvelle.
Le pluviographe par pesées possède une surface de collecte de 200 cm2
située à 1,75 m du sol. Le seau de collecte est rempli d'alcool pour empêcher
la prise de glace et d'une couche d'huile pour éviter l'évaporation. La mesure
par pesée est effectuée par le principe du fil vibrant : mesure d'une fréquence
électrique transformée en voltage. Pour pallier les erreurs dues au vent,
11
l'entonnoir de captage est entouré de 32 panneaux pares-vents fIxés sur une
structure circulaire. La fInesse de cet engin a été validée à l'aide d'un
pluviomètre relevé quotidiennement pendant une campagne de mesures
intensive.
Le pluviographe à augets possède une surface de collecte de 200 cm située à
1,5 mètres du sol. Il bascule pour 0,25 mm de pluie.
Les différents capteurs sont reliés à 2 centrales d'acquisition de marque
CAMPBELL de type CR 23-X (pour les pluviographes et les différents
thermocouples) et CR 10-X (pour l' hygrothermomètre, l'anémomètre
girouette et les capteurs de rayonnement). Les centrales permettent
l'enregistrement des paramètres. Pour ceci une scrutation des quantités
mesurées est réalisée toute les 10 secondes et une moyenne est enregistrée
chaque 1;2 heure, ceci à l'exception de la direction du vent. En effet dans ce
cas, la centrale enregistre la valeur instantanée chaque 30 minutes. Pour les
pluviographes, la centrale enregistre les cumuls sur la 1;2 heure. Un fIchier
annexe est aussi créé chaque jour enregistrant les minimums et maximums
instantanés des différents paramètres.
Les deux centrales d'acquisition de la station ont été mises en route le 20
octobre 2001. Le 18 avril 2001 les capteurs de la CR 10-x ont été
débranchés (humidité relative, température ventilée, girouette et
anémomètre) puis raccordés le 24 avril à la centrale CR 23-x. Les capteurs
de rayonnement Kipp & Zonnen ont été remplacés par des capteurs de type
Shenk qui mesurent dorénavant les radiations courtes longueur d'ondes
incidentes et réfléchies et la radiation nette toutes longueurs d'ondes (voir
explications partie VI). Des erreurs de programmation ont fait que de
nombreux enregistrements ont été mauvais sur les capteurs nouvellement
branchés entre le 24 avril et 14 mai.
La figure IV.I présente la station météorologique sur son site ainsi que les
différents appareillages.
2
Figue IV.2 La station météorologique automatique de Charquini
12
lV.1.2 La station Zongo-5150
Cette station est située au centre du glacier à 5150 mètres sur un plateau
horizontal à l'endroit où celui ci prend un virage vers l'Est. Ce glacier s'étant
sur 3 kilomètres dune altitude de 6000 mètres en dessous du sommet du
Huyana Potosi (6088m) à 4800 mètres d'altitude. Il a une superficie de 2,1
Km2. Jusqu'à la cote 5150 mètres, ce glacier descend par une pente
importante de 30° orientée sud-est. Puis, il s'écoule doucement vers l'est
entre deux moraines abruptes. Ce glacier est dit tempéré, c'est à dire à la
température du point de fusion de la glace: O°C.
La station météorologique a été mise en route le 16/04/98. Elle est
composée de différents capteurs posés sur un même mats, reliés à une
centrale d'acquisition de type Campbell CRI0-X. L'énergie nécessaire au
fonctionnement de la station est fournie par panneaux solaires.
L'enregistrement des valeurs fonctionne comme sur station Charquini. Le
tableau IV.2 est un récapitulatif des capteurs installés et des paramètres
mesurés utiles dans cette étude.
Tableau IV.2 Liste des capteurs utiles installés à la station météorologique ZONGO 5150
Param6tre mesuré
(unité)
Type de capteur et marque
Température de l'air dite
ventilée (OC)
Hygrothermomètre Vaisala ventilé dans
un abri météo
Humidité relative de l'air
(%)
Hauteur
Précision
(donnée
constructeur)
+-Q,2°C à 20°C
180 cm
+- 3°
180 cm
Force du vent (mis)
+-1,5%
Radiation courtes
longueurs d'ondes
Pyranomètre de marque SKYE:longueur
incidentes et réfléchies
d'onde [350-11 OO)nm
(w/m 2 )
90 cm
Radiation nette toutes
longueurs d'ondes
(w/m")
100 cm
Bilanmètres de marque Rebs: longueur
d'onde [250-60000] nm
Données mauvaises du 20
juin au 23 juillet 02
+-1% a 20°C
Direction du vent
(degré)
Girouette-anémomètre de marque
YOUNG
Probl6mes rencontrés et
dates
Si la température passe
en dessous de O°C
(souvent pendant les
averses neigeuses) la
girouette se bloque parfois.
Données très mauvaises
du 20 juin au 23 juillet 02
+-3%
Neige et givre peuvent
recouvrir les capteurs et
données mauvaises du 20
juin au 23 juillet 02
niveau doit être
horizontal
Remarque: la station n'a pas fonctionné du 15 septembre 2002 au 10 octobre
2002 (panne de batterie)
Le principal problème rencontré vient du fait que le glacier est un milieu
mouvant» donc de nombreuses visites régulières sont à prévoir pour
réajuster la position des différents capteurs (hauteurs au sol, horizontalité
pour les capteurs de rayonnement..). Un réseau de pluviomètres
totalisateurs simples avec une surface de collecte 2000 m 2 relevés
mensuellement est installé sur les moraines autour du glacier.
«
13
IV. 1.3 La station Plataforma
La station météorologique de la Plataforma est à une distance de 1,5 Km à
l'ouest à vol d'oiseau de la station Charquini. Elle est située à 150 mètres de
dénivelée sous le front du glacier, surplombant de quelques mètres un petit
lac artificiel de retenue des eaux glaciaires. Ce lieu dénommé la Plataforma
porte bien son nom. Cette station est aussi placée à 500 mètres à peine du
col menant aux versants orientés vers l'Altiplano. C'est une station
météorologique de marque Mevis. Elle est constituée dun mat unique où
sont rassemblés les différents capteurs et la centrale d'acquisition.
L'enregistrement des données se fait de façon similaire à la station
Charquini. Le tableau 111.3 offre un résumé des paramètres mesurés et
utiles pour cette étude. Cette station a été mise en service en septembre
1995, ce qui fait 7 années hydrologiques de mesures.
Un pluviomètre totalisateur est installé sur le même site. Il est relevé
quotidiennement et mensuellement par un opérateur de la COBEE. Un des
intérêts de ce pluviomètre, est qu'il a été mis en place en 1971 et ainsi il
existe de une longue série de relevés mensuels depuis plus de 30 ans.
Tableau 111.3 Liste des capteurs utiles installés à la station météorologique Plataforma et
éventuels problèmes rencontrés,
Paramétre mesuré,
(unité)
Type de capteur et marque
Hauteur
Précision
(donnée
constructeur)
Problèmes rencontrés et dates
Température de l'.ir
non ventilée (OC)
Sonde de marque Thies dans abri
météorologique
190cm
inconnue
la température non ventilée
peut donner des valeurs
amplifiées pour les maxi
joumaliers
Humidité reIBtive de
l'air(%)
Sonde de marque Thies dans abri
météorologique
190cm
+-3%
Force du vent (mis)
Anémomètre de marque Windgeber
230 cm
inconnue
155cm
+- 3°A,
SW:Radiation courtes
Pyranomètre de marque Kipp & Zonnen
longueurs d'ondes
orienté vers le ciel
Incidentes (w/m")
Quelques blocages par le gel
Remarque: la station n'a pas fonctionné les 29, 30 et 31 août 2002.
IV.1.4 Les stations secondaires de la vallée
Plusieurs stations secondaires, comportant essentiellement des capteurs de
mesure du vent, de la température et de l'humidité relative de l'air, étaient
envisagées pour fournir des données sur des lieux situés beaucoup plus bas
dans la vallée à 3400metres et 4125 mètres d'altitude, Ces données étaient
prévues dans le but déterminer des gradients précis de températures et de
précipitations dans la vallée. Malheureusement, nous ne disposons que des
valeurs de température et d'humidité relative toutes les th heures de mimars 2002 à fin mai 2002 soit 2 mois. Ces données proviennent de la station
située à 3417 mètres d'altitude au lieu dit Llaullini.
De même, il était aussi envisagé d'utiliser des données provenant de la
station située sous le glacier de Chacaltaya, à quelques kilomètres de la
station Charquini sur le versant coté Altiplano de la Cordillère Royale. Mais
cette centrale a été démontée à cause de fortes contraintes techniques.
14
Ces indications montrent combien il est difficile de maintenir en place un
réseau de mesures consistant dans des milieux difficiles d'accès de haute
montagne. De plus, ces réseaux isolés sont victimes de vols et de
dégradations.
1V.2 Une station de la veille météorologique: La Paz-El Alto
La station El Alto est une station du réseau météorologique Bolivien et du
réseau de veille météorologique de l'organisation Mondiale de la Météorologie,
elle est placée sur l'aéroport de La paz dénommé EL Alto. Cet aéroport se
trouve sur l'Altiplano à une altitude de 4070 mètres et à une quinzaine de
kilomètres au sud-ouest des reliefs de la Cordillère Royale. Le climat est ici
beaucoup plus sec, car de nombreuses précipitations se déchargent depuis
l'Amazonie à l'est en surmontant la Cordillère. Les paramètres utilisés ici
sont la température et les précipitations. La température est relevée toutes
les 6 h (à 2h ,8h, 14h et 20h heures locales). Les précipitations sont relevées
quotidiennement et mensuellement à raide d'un pluviomètre totalisateur
simple.
L'intérêt de cette station est que l'on dispose des relevês mensuels de
précipitations depuis 1944.
1V.3 Les Ré analyses NCEP/NCAR
Les données dites de Rêanalyses proviennent du NCEP (National Center for
Environmental modelling) et NCAR (National Center for Atmospherics
Research). Ces deux centres font partie de la NOAA (National Oceanic
Atmospheric Administration). C'est un modèle météorologique global dont les
données d'entrées proviennent des relevés issus de la veille météorologique
mondiale (stations synoptiques, ballons sondes, différents satellites
météorologiques, avions, campagnes océanographiques... ). Ces relevés sont
intégrés et réanalysés avec de puissants modèles météorologiques aux
multiples paramètres (dont celui de révolution des systèmes d'assimilations
des données) sur des super calculateurs. Ces modèles fournissent les
valeurs les plus probables des différents paramètres météorologiques (entres
autres : la température, l'humidité, composantes u et v des vents) sur 17
niveaux de pression et les rayonnements solaires incidents théoriques en ciel
clair. Le tout est produit avec une résolution horizontale de 2°5 degrés (soit
environ 260 Km à l'équateur) à un pas de temps mensuel depuis 1948 sur le
globe entier (KALNAY et al., 1996; KISTLER et al., 1999).
Les données utilisées ici sont celles centrées sur 15° S ; 65 °W à proximité de
la ville Bolivienne de Trinidad. On utilisera les niveaux 500 hPa et 600 hPa,
la pression théorique à 4800 mètres dans la vallée du Zongo étant d'environ
570 hPa.
15
V Caractéristiques climatologiques générales de
l'année étudiée (12 mois de novembre 2001 à octobre
2002) par rapport aux années antérieures
Remarque importante: La station Charquini à été mise en route le 20
octobre 2001. Cette date nous permet seulement de débuter l'année
hydrologique le 1er novembre tandis que par convention celle ci débute le 1er
septembre (SICART et al., 2003), période qui signe la fin de la saison sèche
(c'est à dire ou les stocks d'eau sont minimums et vont commencer à être
renouvelés) .
V.I Un paramètre météorologique majeur pour la définition des
caractéristiques du climat de la région : les précipitations
Le but ici est de rechercher si l'année hydrologique de novembre 2001 à
octobre 2002 (12 mois) fut une année de fortes précipitations ou non. Et par
la suite, d'étudier où se repartit, dans ces 12 mois, l'excédent ou le déficit de
précipitations par rapport à la normale. Le problème vient du fait que le
pluviographe de la station Charquini n'a qu'une année d'existence. La
solution est que nous disposons de trente années de mesures mensuelles
sur le site de la Plataforma situé à proximité. Ainsi, il est possible de réaliser
un dénombrement des précipitations annuelles et mensuelles sur ces trente
années afin de dégager une année moyenne. La méthode consiste à vérifier
par une corrélation linéaire au sens de moindres carrés que les
précipitations mensuelles sur ces 12 mois enregistrées au site Charquini
sont liées à celles relevées au même moment à la Plataforma. Ce calcul de
corrélation permettra d'interpoler au site Charquini le dénombrement des
précipitations réalisé pour le site de la Plataforma.
La figure V.I représente le total de précipitations mensuelles de novembre
2001 à octobre 2002 sur le site de Charquini et de la Plataforma. Le
pluviomètre de la Plataforma présente des valeurs mensuelles nettement
déficitaires par rapport au site Charquini. Le total annuel s'élève à 1175 mm
pour Charquini et 720 mm pour la Plataforma. On rappelle que les appareils
sont de types différents, celui de Charquini étant un pluviographe très
sophistiqué fonctionnant par pesées automatiques. Les pertes dues au vent
et aux précipitations neigeuses sont minimes par rapport à celui de
Plataforma qui est un simple pluviomètre totalisateur à lecture manuelle.
Cependant, si on regarde la corrélation sur les 14 mois de mesures
mensuelles (les valeurs de novembre 2002 et décembre 2002 ont été
ajoutées), on arrive à un coefficient de corrélation (R2) de 0,908 qui pour 14
points de mesures reste largement acceptable au seuil de 0.01 (c'est-à-dire
qu'il y a 1% de chance de se tromper en acceptant la corrélation). Ce résultat
exprime que si il y a différence en valeur absolue sur les deux sites, il n'yen
a quasiment aucune différence en valeur relative sur le total annuel de
précipitations. La perte est donc proportionnelle ; les précipitations se
repartissent de la même façon dans l'année aux deux endroits.
16
250,..----------------------------------,
222,0
o Precipitation par pesée "Charquini"
207,1
200
• Precipitation totalisateur "Plataforma"
a;
::>
(J)
c
~ 150
138,2
125,8
:§'"
.30,3
c
Z
'"
'5,
'100
'99,2
129,0
108,8
103
101
, 102,9
100
u
~
0...
80
76,4
73,4
55,8
1,5
50
84
45
,2
43,9
27,2
23
o
nov-01
dic-01
ene-02 feb-02
mar-02 abr-02 may-02 jun-02
jul-02
ago-02 sep-02
oct-02
nov-02
dic-02
Figure V.1 Précipitations mensuelles de novembre 01 à décembre 02 relevées sur le
pluviographe du site Charquini &sur le pluviomètre du site La Plataforma.
V.1.1 Les totaux annuels pour l'année 2001/2002
8uite au dénombrement statistique des précipitations annuelles sur le site
de la Platafonna sur 12 mois de novembre à octobre depuis 1971 (Figure
V.2), les précipitations de l'année 2001/2002 sont comparées par rapport à
la médiane de cette étude. Pour infonnation, les précipitations annuelles
correspondant aux évènements extrémes de l'oscillation australes depuis
1971 sont aussi confrontées à ce dénombrement. Ces années sont
1982/1983 avec un 801=-2,04 qui indique un fort El Nino et 1972-73 pour
la Nina avec un 801=+ 1,44.
Les totaux 2001/2002 se trouvent entre le quartile inférieur et la médiane.
Ce qui indique que l'année fut relativement sèche. Pour les forts évènements
de l'oscillation australe, on retrouve les résultats attendus. Ainsi, durant
l'épisode 82/83 ont a enregistré les plus faibles cumuls de précipitations
depuis 1971 sur la Plataforma tandis que l'évènement la Nina rend compte
du plus fort cumul annuel.
17
1200
1124,1
1124,1
1100
1000
900
Ê
§.
III
s::::
0
~
495,1
...
400
Q.
1111111
:::::.:-:
600
500
-QI
677,0
700
~
'ü
779,0
800
mEn
mnn
\~;I
300
200
::::m
100
rmm
0
Min
Dedie inf
Quartile in'
Mediane
Quartile sup
Dedie sup
Max
2001/12002
nino 82183
nins 731174
Figure V.2 Dénombrement statistique des cumuls de précipitations de novembre à octobre
relevés sur le site de La Plataforma de 1971 à 2002. En noir sur l'année 200112002.
L'ajustement à une loi statistique normale des cumuls 2001/2002 indique
que cette année sèche est de période de retour de 3 ans. Ce qui n'est pas
exceptionnel, la médiane représentant une période de retour d'une année sur
deux.
Il convient de chercher maintenant dans quelle partie de l'année se trouve ce
déficit: saison sèche ou humide.
v: 1.2 Les
précipitations saisonnières: humides (cumuls décembre, janvier,
février et mars) & sèches (cumuls mai, juin, juillet et août).
Bien que la saison humide comporte en général 6 mois, nous avons préférer
donner des cumuls sur 4 mois les plus représentatifs (décembre à mars) de
façon à comparer plus aisément les cumuls de la saison sèche qui dure
aussi 4 mois (mai à août).
Les figures V.3 et V.4 présentent un dénombrement statistique, depuis
1971, des cumuls de précipitations en décembre, janvier, février et mars
(saison humide) et en mai, juin, juillet et août (saison sèche).
Les mêmes cumuls pour l'année 2001/2002 et ceux des deux événements
ENSO cités précédemment sont confrontés à ce dénombrement. Pendant
l'année 2001/2002, 60 % des précipitations ont lieu en pendant les 4 mois
de saison humide contre 67 % en moyenne. C'est donc plutôt la saison sèche
qui est apparemment excédentaire. En effet, la saison humide se trouve
sous la médiane et la saison sèche est située au-dessus du quartile
supérieur donc excédentaire par rapport aux précipitations habituelles. Mais
comment retrouve t-on ces excédents et ces déficits à l'échelle mensuelle?
Pour les évènements El Nino et la Nina, toutes les saisons sont affectêes
d'une diminution ou d'une augmentation des précipitations. En effet, l'année
82/83, représente le minimum de précipitations relevées en saison humide
et, est située en dessous du décile inférieur en saison sèche.
18
1000
864,8
900.j--------------------------------800+--------------------700.j------------------:::--_=__600
-I-------------!~e___-
500 .j--
--4.:~-_
'00
-1-------
3110
-I-"""'-o>L--
200
100
Min
Decile inf Quartile inf
Mediane
Quartile
sup
Decile sup
Max
2001112002 nino 82183 nina 73tn4
Figure V.3 Dénombrement statistique des cumuls de précipitations de décembre, janvier, février
et mars sur la Plataforma depuis 1971/1972 jusqu'à l'année 2001/2002. En noir sur la saison
2001/2002.
120 , - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ; - ; ; : 1 0 : 0 - ; 7 . ' ; - - - - - - - - - : - : 1 0 : 0 - ; 7 . ' : : - - - 1
100
Ê
S
+----------------------1
80
+-
----1
60
+------------019;0----==----1
7=2:-'
fil
s:::
~
~
-a.
..
ü
'4l
J4.'
.0 + - - - - - - - - - - - - 1
26.J
D.
20
+----'-".J'------j
$
.~
.;?
o~
.~
.~
~
.::>'li
0:
~tb
§
.~
q,'lS
~
§
0
.~
~
,§i
0'
0
#
otZi
Figure V.4 Dénombrement statistique des cumuls de précipitations de mai, juin, juillet et août
sur la Plataforma depuis 1971 jusqu'à l'année 2002. En noir les cumuls de 2002.
19
V.1.3 La répartition intra annuelle des précipitations de novembre 2001 à
décembre 2002 sur la Pla taforma.
Figure V.S Dénombrement statistique des précipitations mensuelles sur le site de la Plataforma.
En trait noir épais: les totaux mensuels enregistrés de novembre 2001 à décembre 2002.
Dans la vallée à 4750 mètres, la saison des pluies est en moyenne à son
maximum en janvier et la saison sèche est très marquée en mai, juin, juillet
et août (figure V.S). Pour l'année 2001/2002, la majorité des totaux
mensuels se situent autour de la médiane, exception faite du mois de
novembre 2001 et janvier 2001 qui ont été déficitaires respectivement au
niveau du quartile inférieur et sous le quartile inférieur. Les mois de juillet
02 et d'octobre 02 se situent au niveau des maximums de précipitations,
pour cette période, depuis 30 ans. Le gros déficit pluviométrique en janvier
2002 est une remarque importante car ce mois est normalement la période
culminante de la saison des pluies.
V.1.4 Résultats sur les totaux de précipitations à La paz El Alto depuis 1944.
Les précipitations mensuelles de la haute vallée du Zongo sont liées avec
celles de La Paz EL Alto. En effet, la corrélation des précipitations
mensuelles de Charquini et d'El Alto de novembre 2001 à décembre 2002 est
largement acceptable au seuil 0,01 (R2=0,893 pour 14 points) (figure V.6).
De novembre 2001 à octobre 2002, il est tombé 710 mm de pluie (il neige
rarement) à El Alto contre 1175 mm enregistrés sur la station Charquini. La
moyenne annuelle 1943-2002 sur El Alto étant 605,4 mm, l'année 2001 /02
s'avère excédentaire. Dans un dénombrement statistique des totaux annuels
depuis 1944, on trouve que cette année se situe entre le quartile supérieur et
le décile supérieur (entre les 25% et les 10% les plus humides). Un même
dénombrement sur les données depuis 1971 (pour comparer avec la série de
la Plataforma) place cette année au méme niveau. L'ajustement à la loi
statistique dite «Normale» des précipitations annuelles novembre-octobre par
le logiciel Safhary, après vérification de l'homogénéité de la série par le
20
logiciel de statistiques Khronostat, indique que cette pluviométrie excessive
est de période de retour 6 ans.
VI 1.5 SYNTHESE
Les climats de la vallée du Zongo et de La Paz, bien que liés, sont très
différents du fait de l'influence orographique (les hauteurs d'eau à La Paz
sont bien moindres qu'en montagne) et du climat global qui fait qu'on peut
trouver un excédent de pluie à La Paz et un déficit sur la vallée la même
année. Il faudrait faire une analyse plus fine en régionalisant plusieurs
stations pluviométriques pour confirmer ces résultats.
Un autre problème vient du pluviomètre utilisé à la Plataforma qui n'est pas
très adapté à la mesure des précipitations neigeuses. Ceci peut être une
cause d'énormes incertitudes sur les hauteurs d'eau tombées. Ce dernier
présente apparemment une sous-estimation systématique de 20% par
rapport aux précipitations réellement tombées (WAGNON 1999). Mais, c'est
le seul de la vallée qui dispose de la série complète mensuelle de 1971 à fin
2002.
V.2 Un second paramètre météorologique représentatif pour la
définition des caractéristiques du climat de la région : la température
V..2.1 La répartition inter annuelle des températures
Les températures mensuelles présentent peu d'amplitude sur l'année. Il y a
seulement 3,5 OC entre le mois le plus chaud et le plus froid (figure V.6).
Mais cette amplitude thermique annuelle est non négligeable contrairement
à la zone tropicale interne, avec des températures de l'air plus faibles en
saison sèche qu'en saison humide ce qui confirme l'appartenance de la
région à la zone tropicale externe. Les données de Réanalyses sont situées
sur la même altitude théorique que le site Charquini mais possèdent des
valeurs inférieures de 4°C en moyenne. Ceci est dû au fait que les données
sont calculées en atmosphère libre sans influence de la chaleur du sol.
Il existe une excellente corrélation des valeurs relevées sur le site Charquini
et toutes les autres stations. Le tableau V.I récapitule les valeurs des
différents coefficients de corrélation.
Tableau V.1 Coefficient de corrélation linéaire (R2) des différentes données avec celles du site
Charquini sur les 12 mois de tem ératures mensuelles.
Site ou modèle
R2
Site de La paz- El Allo
0,64
Rèanalyses Niveau 570 hPa
0,880
Site de la Plataforma
0,976
Grâce aux liens qui unissent les séries de données de la Plataforma et des
Réanalyses avec celles de Charquini, les résultats d'un dénombrement des
températures mensuelles depuis 1995 à la Plataforma et depuis 1944 sur les
Réanalyses, pourra être interpolé à la station Charquini. Ce dénombrement
ne sera pas réalisé sur les données d'El Alto. Car, dune part la corrélation
est la moins bonne; d'autre part, les fichiers de températures antérieures
sont jugés d'assez mauvaise qualité par les experts consultés de l'IRD.
21
10,0.-....,...--------------------------------,
••
8,0
8·--G-~·8-,._.
.e.
-@ ..
6,0
P
~2!
4,0
2,0
~
- , ""
• .,.;'-. . . ._~
.......
-o.t-----**---,.,OO'--
? . .- .
CIl
D.
~
0,0
1-
*'
-2,0
-6.0
*'
*' ~
:
T c:arqUini
- -0 .ToEIAIto
n_
Réanalyses niveau 570 hPa
T Plataform a
O
'*
-4,0
[
w~
~
O
+-------,--'----.-_ _"'"T""_ _......._ _.---_.....,.._--J.-,-__-,-__r--_---,_ _--,-_--I
nov-01
déc-01
janv-02
févr-02 mars-02
avr-02
mai-02
juin-02
juil-02
aoOt-02
sept-02
oct-02
Figure V.6 Températures moyennes mensuelles de températures de novembre 2001 à septembre
2002 sur les sites de Charquini, la Plataforma, El Alto et sur les données de Réanalyses
mensuelles extrapolées au niveau de pression de 570hPa.
V.2.2 Températures mensuelles & dénombrement par rapport aux années
antérieures
V.2.2.a) Sur la série de la Plataforma 1995 à 2002 (7 années hydrologiques de
novembre à octobre)
L'analyse porte, certes, sur une durée relativement courte, mais c'est quand
même un repère pour se situer dans l'étude. D'autant plus que le site de la
Plataforma est parfaitement corrélé avec le site Charquini. La figure IV.7
présente le dénombrement des moyennes mensuelles depuis 1995 avec en
comparaison les valeurs relevées de novembre 2001 à octobre 2002. Une
première remarque à propos de la saisonnalité des températures, il y
seulement une différence de 4,5 oC entre le mois le plus chaud et le mois le
plus froid depuis 7 ans (figure V.7). Les valeurs médianes rendent bien
compte de la faiblesse de cette saisonnalité cependant, il existe quand même
une différence de température entre les deux saisons. Cette zone présente
donc généralement un léger hiver thermique. Les deux mois où la médiane
est la plus élevée depuis 7 ans, sont les mois d'octobre et novembre qui
correspondent au début de la saison des pluies. Le mois le plus froid est
celui de juillet situé, en pleine saison sèche. Pour la situation de l'année
2001/2002, le mois de novembre fut le plus chaud depuis 1995 et les mois
de juillet et d'août furent les plus froids. Le mois de janvier se retrouve
nettement au-dessus de la médiane et donc relativement assez chaud lui
aussi.
22
4,5
7Ï-.. • • -l •
4,0
~ -t ••
.. +- - - +
3,5
,
;r-
3,0
U
~
2!
:::l
l'!!
-GI
a..
E
QI
1-
2,5
2,0
1,5
+- .
,
1,0
..
~
.... + .... --t '
. ~"*
"""T---+'"
- + - Min
0
Mediane
-+-Max
0,5
0,0
2001/2002
-0,5
Nov
Déc
Janv
Févr
Mars
Avr
Mai
Juin
Juil
Août
Sept
Oct
Figure V.7 Dénombrement des valeurs mensuelles des températures de La Plataforma depuis
septembre 1995 jusqu'en novembre 2002.En trait noir épais, les valeurs de novembre 2001 à
octobre 02.
V.2.2.b) Sur le modèle des Réanalyses depuis 1948
Une excellente corrélation entre la série de températures mensuelles de la
Plataforma de septembre 1995 à novembre 2002 et celle des Réanalyses,
permet de confirmer la même tendance entre les deux jeux de données
(figure V.S). Le coefficient de corrélation linéaire (R2)aux sens des moindres
carrés est de 0.74. Cette valeur est largement acceptable pour 75 points de
mesures. Les deux sites fonctionnent donc de la même façon en terme de
variation de température (un mois de chute des températures sur la
Plataforma est aussi ressenti sur les Réanalyses).
Un dénombrement depuis 1948 des données mensuelles des Réanalyses
permettra de dégager une année moyenne en températures. Le but sera de
comparer les 12 mois de l'année 2001/2002 par rapport à la normale
depuis 1948 et ainsi de déterminer l'époque des écarts thermiques décelés.
Le mois le plus chaud en valeur médiane est le mois de janvier, le plus froid
est le mois de juillet (figure V.9). Tout les mois de la série «médiane de 1995
à 2002» sont situés au-dessus de la médiane 1948-2002. Ce qui nous
permet un faire un léger lien avec le réchauffement climatique. Les
Réanalyses ne rendent pas compte des températures élevées du mois de
novembre dans cette même série (voir figure V. 7). Pour la série 2001/2002,
le mois de novembre est toujours très chaud mais aussi les mois de mai et
juin qui atteignent le décile supérieur. Mais un point très vraiment
intéressant, c'est la température du mois de juillet 2002 qui est la seule
valeur située en dessous de la médiane des températures.
Il ne sera pas réalisé d'ajustement à une loi statistique car d'une part la série
est tirée d'un modèle et d'autre part celle ci n'est pas homogène et comporte
23
des ruptures (il est observé une augmentation de la moyenne des
températures annuelles depuis 1970.
Le modèle des Réanalyses rend bien compte des variations de températures
globales de la région. La chute des températures au mois de juillet 2002 est
un phénomène de grande ampleur ressemblant à une advection polaire sur
la sur la Bolivie car cette période est ressentie comme plus froide que la
normale par tout les indicateurs. La chaleur du mois novembre 2001 est
aussi généralisée à toute la région.
5
U-L
1 -----'--
-~~~~----'----'-,
T"C Réanalyses570hpa _ .• - . T"C
~1-~,
4
J
.~. ~~
3
,
G
...,
0
1
"
'"
Il
L
~
a
L
'"t
1
Il
t-
-1 -+-+--1
-2 -;----+----+---+----+----+---+--+--+---+---+-t--+-+--;----+--+--+--+---+--+-+--+---+-t--+--+--+--+----1
Figure V.S Températures mensuelles de septembre 1995 à novembre 2002 sur le site de La
Plataforma et provenant des résultats du modèle de Réanalyses au niveau de pression 570 hPa.
La station Plataforma a essuyé une panne de janvier 1997 à septembre 1997.
24
2,25
-+'
1,25
t
~
0,25
...~
!
-0,75
+
-li
-1.75
-2,75 +---~-~--~-~----,--~--~-~~,.~--~-~-~--~-------1
Noy.
Die
Min
Quartile sup.
Jany
Fivr
&
-6c
Mol'"S
AYr
Mediane
Decile inf,
Mai
Juin
Juil
• -i-
Max
of<
AC>llt
Deci le sup.
Sept
Oct
Nov
Dole
8
2001/2002
•. - ••• Médiane 95/02
Figure V.9 Dénombrement depuis 1948 des valeurs mensuelles de températures du modèle de
Réanalyses NCEP/NCAR.En trait noir épais, le modèle en 200112002, en pointillé rouge la
médiane des valeurs de 1995 à 2002.
V.3 Synthèse
Dans son ensemble, l'année 2001/2002 fut légèrement déficitaire en
précipitations notamment en saison humide. Elle est aussi significativement
plus chaude que la moyenne de la période 1948-2002. Ce constat peut donc
influencer, en altitude, l'élévation de la limite pluie-neige et la quantité de
neige éventuellement stockée.
Deux cas intéressants se dégagent. Les mois de novembre et janvier sont les
plus déficitaires en précipitations, sont aussi les plus chauds par rapport à
la normale en température. Ce problème est surtout à prendre en
considération au mois de janvier qui correspond normalement à l'optimum
pluviométrique. C'est cette période avec 70 mm de précipitations en moins
par rapport à la médiane qui provoque le déficit pluviométrique annuel.
L'autre cas, correspond au mois de juillet qui représente la seule période a
avoir été, à la fois vraiment excédentaire en précipitations et a avoir connu
des températures nettement inférieures à la moyenne. Juillet fut donc
globalement froid et pluvieux (ou neigeux).
Ces caractéristiques correspondent à une remontée d'air polaire majeure sur
la Bolivie. Cette remontée est confirmée dans la presses qui relate des chutes
de neige exceptionnelles au sud du Pérou.
Voir site Web par exemple:
htlp"/I\".....v..· .f heJ\'\·fl> illt/w/n ,Il
)"-1? pen
5
n~r/o/-+elJnlgd
'53 8-+el cl.25()(·010032a
25
VI Dynamique locale
VI.1Conclitions météorologiques de la vallée du Rio Zongo
La dynamique météorologique locale est principalement régulée dans la
vallée par un cycle de 24 heures.
En premier lieu, le cycle des températures est majoritairement journalier. En
effet, l'amplitude thermique diurne est supérieure à l'amplitude thermique
saisonnière. Cette variation thermique jour-nuit prépondérante va entraîner
avec elle une variation journalière de la direction des vents dominants. Ceux
ci ont pour origine le bas de la vallée durant la journée. C'est une
conséquence du fort réchauffement matinal des masses d'air sur les
contreforts boisés de la Cordillère (appelés les Yungas en Bolivie). Cet air,
moins dense car plus chaud s'élève par advection le long des pentes et
s'engouffre dans les vallées. Le tout est accompagné par les flux synoptiques
d'est. C'est donc le résultat de la convection thermique locale qui crée un
vent diurne en direction des sommets. Ce vent est appelé anabatique. Le
soir, après la disparition de la source de chaleur (le soleil), l'air situé à
proximité des glaciers, se refroidit à leur contact et devient plus froid que
l'atmosphère environnante. Ce refroidissement est plus rapide que sur les
topographies plus basses car elles ne sont pas englacées. L'air devient plus
dense et glisse par gravité le long des pentes. On dénomme ce type de vent,
généralement nocturne, les vents catabatiques. Les précipitations possèdent
aussi un cycle principalement journalier. En effet, quand les masses d'air
remontent les pentes de la Cordillère dans la matinée, celles ci sont chargées
d'humidité des Yungas. La prise d'altitude correspond à une perte de
température qui provoque le phénomène de condensation par diminution de
la pression de vapeur saturante de l'eau dans l'air. Cette condensation
provoque donc des précipitations de type orographiques qui se produisent de
plus en plus haut en altitude au cours de la journée tout en diminuant
d'intensité. Avec la tombée de la nuit, les nuages disparaissent, laissant
place à un ciel clair. Ce ciel clair, signe de forts refroidissements nocturnes
augmente l'amplitude thermique journalière (LEBLANC, 2001; WAGNON
1999).
Finalement, Il existe un maximum de précipitations en fm de matinée pour
le bas de la vallée et en début d'après-midi au niveau de notre zone d'étude
(SICART et al., 2003). Lorsqu'il neige, le type de grain observé est
généralement du grésil mou appelé Il granizo » dans les Andes. Ce sont de
petits flocons assez denses à la limite de la grêle. Ceux-ci, aussitôt tombés,
disparaissent rapidement dès la dispersion des nuages à cause de l'intense
rayonnement solaire. S'il se produit des précipitations solides la nuit, la
neige disparaît dès le lever du soleil. Les précipitations nocturnes
représentent 1/3 des précipitations (CABALLERO, 2001)(voir partie
suivante).
Remarque importante : Le cycle de lever et de coucher du soleil varie très
peu au cours des saisons à ces latitudes. Il apparaît vers 6-7 heures pour
disparaître vers 17-18 heures.
26
VIl.l Moyennes annuelles et valeurs extrêmes des différents paramètres
météorologiques
tableau VI.I présente les différents paramètres météorologiques
(température, humidité et force du vent) en valeurs moyennes et extrêmes au
pas de temps journalier sur toute l'année et sur les saisons humides et
sèches. On rappelle que ce sont les mêmes appareils sur les deux sites qui
mesurent la température, l'humidité relative, direction et force du vent
Le
Tableau VI.1 Valeurs moyennes et extrêmes annuelles et saisonnières de 3 paramètres
météorologiques sur les sites de Charquini et du glacier du Zongo.
NovembreOl-Octobre02
c
Min.
Charquini
Zongo
HR (%)
Moy.
1
75.54
1 Max.
Décembre 01-Mars 02
Min.
1 Moy.
1 Max.
97,74
97,74
41,24
1,64
5,76
-0,49
85,16
2,12
0,29
1,30
4,41
0,29
l,lI
TOC
24,96
-4,84
72,40
-0,53
41,40
-1,89
79,19
0,20
u (m.s-l)
0,57
2,17
96,29
2,80
6,89
0.57
1,66
TOC
19,95
-2,54
u (m.s-l)
HR(%)
6,82
1,86
96,29
2,80
3,40
Mai 02 -aofit 02
Min.
1 Moy.
1 Max.
31,45
-2,51
63,55
0,63
88,36
5,23
0,57
1,20
3,40
24,96
-4,74
58,32
-l,59
94,55
1,97
1,35
2.19
6,89
La moyenne de l'humidité est très élevée en saison des pluies. De plus, elle
possède une très grande saisonnalité sur les deux sites. L'évolution
saisonnière des vents est aussi marquée. Ils sont plus intenses en saison
sèche. Cependant leur moyenne annuelle reste faible. Le maximum
journalier est 3,4 mis sur Charquini et 6,9 mis sur le glacier. Le vent est
presque deux fois supérieure sur le site Zongo.
En terme de température, ces résultats permettent de calculer la valeur
précise de l'amplitude thermique annuelle (ôTa). On obtient 8, 11°C pour le
site Charquini et 7,51 oC pour le site Zongo. Pour l'amplitude thermique
journalière (ôTd), on trouve sur le site Charquini 7,41 oC et 9,05°C sur le
glacier. ~Ta est une valeur assez globale. Ainsi on trouve des résultats
relativement proches pour les deux sites. Pour l'autre indice, il y a une
différence assez significative car les extrêmes journaliers peuvent être des
phénomènes plus locaux.
Cependant les chiffres sont très proches, ce qui prouve bien l'appartenance à
la délimitation thermique de la zone intertropicale. Cette limite étant assez
évolutive, l'amplitude thermique annuelle peut être légèrement supérieure à
l'amplitude journalière comme c'est le cas pour le site Charquini
(HASTENRATH, 1991). Pour le glacier, cette appartenance est très claire.
27
VI 1.2 Dynamique des températures de l'air et des paramètres associés
VI.1.2.a) Dynamique saisonnière globale
4,0,-----------------------------,
3,0
2,0
E
~
1,0
~
'i"
•..
'......
0,0
1-
....... .... ....
•.....
"
.-
-1,0
I---+--Clw"'~
-2,0
••
-
~
.-.•...""".. 1
.'
•.
..
..
"
'
-
-
,
-3,0
_ _- ~ - ~ - ~ - ~ - ~ - ~ - _ - - '
-I----~-~-~-~-~-
oct-01
nov·01
déc.o1
j..,..o2
févr.o2
",..-..02
_.02
ma-02
jurH)2
jul-02
oolÏ·02 sepl.o2
od-02
(l)v-02
Figure VI.2 Moyennes mensuelles des valeurs journalières de novembre 2001 à octobre 2002 des
températures sur les sites de Charquini et de Zongo 5150.
4,0
3,0
Û
e...
2,0
III
I!!
:::s
~
'GI
C.
1,0
o
0,0
\
E
QI
1-
~ - 00
o
-1,0
è
P
o
1 \
"
p
'\
o
00
---e.- Charquini
-2,0
-3,0
ZONGO
P
o
\
• -0- -
o
1
o
1
o
0
\
,1
.....
~
.....
.....
......
.....
Figure VI.3 Moyennes décadaires des températures journalières du 01/11/2001 au 31/12/2002 sur
les sites de Charquini et Zongo-5150
La température sur le site Charquini est tout au long de l'année en moyenne
mensuelle supérieure de deux degrés et demi par rapport au site Zongo
(figure VI.2). Cette différence vient principalement des 350 mètres de
dénivelée qu'il y a entre Charquini et Zongo. Les deux sites fonctionnent de
la même façon en terme de variation de température tant en valeurs
mensuelles qu'en décadaires (figure VI.3). Les pics de chaleur, notamment
début novembre et fin mai, sont situés au même endroit. Le haut de la vallée
est apparemment influencé des deux cotés de la vallée par les mêmes
masses d'air qu'elles soient plus ou moins froides.
28
VI.1.2.b} Dynamique saisonnière des gradients altidunaux de température
Le gradient de températures varie selon les effets attendus (Figure VI.4).
Figure VI.4 Gradient moyen mensuel de température pour 100 m entre le site Charquini et Zongo
(en trait plein) et humidité moyenne des deux sites au même pas de temps (en pointillé).
La saisonnalité de ce gradient est fortement associée à la saisonnalité de
l'humidité relative qui est due au climat global de la région. Ces deux
variables possèdent en effet une dépendance physique. Le gradient moyen
pour la saison humide (moyenne de décembre à mars) est de 0,5rC pour
100m et celui de la saison sèche (moyenne de mai à août) est de 0,80
oC / 100 m. Ceci est conforme aux résultats données par la
littérature(LLIBOUTRY, 1999).
Les rares données enregistrées à la station Llaulini située à 3417 mètres
d'altitude beaucoup plus bas dans la vallée, vont permettre d'approfondir le
fonctionnement météorologique de cette vallée. La figure VI.S représente les
gradients de température journaliers pour 100 mètres de dénivelée, calculés
entre Llaullini et le site Charquini sur une période allant du 23 mars au 24
mai. Les valeurs d 'humidité relative journalière du site de Llaullini et du site
Charquini ont été placées en parallèle.
Au niveau du site Llaullini situé 1400 m plus bas, les valeurs d'humidité
relative sont nettement plus élevées que sur Charquini. Le bas de la vallée
est complètement saturé en vapeur d'eau en permanence du 13 mars au 10
avril 2002. Ce lieu reçoit en effet toutes les masses d'air humides qui
n'entament pas forcement leur ascension vers les sommets. D'autre part, on
constate que le gradient de température entre Llaullini et Charquini a
tendance à diminuer en valeur absolue lorsque l'humidité baisse sur
Charquini. Ce résultat est contraire aux lois de la thermodynamique
physique (voir 11.1). Cette situation est très visible autour du 25 mars et du
8 avril et dure plusieurs jours pendant lesquels on n'observe aucune
précipitation sur Charquini. Ce schéma peut être celui d'une inversion
thermique, phénomène fréquent dans les vallées de montagne (BARRY,
1992): la température croît jusqu'à une certaine altitude au-dessus de
Llaullini puis décroît avec un gradient normal jusqu'au site Charquini. Cette
situation thermique crée une couche d'inversion qui se comporte comme une
couche de blocage pour la convection et par consêquent l'air est beaucoup
plus sec en haute altitude (WAGNON.P et LEJEUNE.Y, communications
29
personnelles). Cette situation fausserait le gradient de température entre les
sites et rendrait compte de la faiblesse de l'humidité relative sur Charquini.
Ces inversions thermiques semblent se reproduire, durant la période
analysée, assez souvent dans la vallée, mais nous ne disposons pas de
données suffisantes pour les généraliser à l'année entière.
100
90
-0,1
80
-0,2
70
-0,3
~
' .
BO
E
o
o
~
«II
>
i
;;. -04
u
~
50
'
~
'411
'C
-0,5
.
~
..
"
'C
1
40
..
:
'Ë
::::1
:I:
30
-0,6
20
-0,7
Grdlent tt1ermlque uaullnVcharqulnl
-
10
HR Charqunl
-HRllaulini
-0,8
1313f02 18/3102 2313102 2Bi3102
0
214102
7/4102
1214102 17/4102 2214/02 27/4102
215102
7/5102
1215/02
17/5102 2215102
Figure VI.5 Gradients de températures moyens journaliers pour 100 mètres de dénivelé du
12/03/02 au 24/05/02 entre le site de L1aullini (3417 m) et le site de Charquini (4800 mètres). En
trait épais l'humidité relative relevée sur les 2 sites.
VI.1.2.c) Dynamique saisonnière de l'amplitude thermique journalière
L'amplitude thermique journalière est plus intense au cours des mois les
plus secs (mai, juin et août). De plus, sur le glacier, elle est
systématiquement plus étendue. Les amplitudes thermiques sont
généralement intimement liées à la présence ou non de couverture
nuageuse. Si celle-ci est plus faible comme en saison sèche, rien ne peut
éviter la déperdition de chaleur par rayonnement au cours de la nuit. Cela
provoque une diminution des minimums sur les sites (Figure VI.6) et ainsi,
l'amplitude thermique augmente en saison sèche. L'amplitude thermique est
plus forte sur le glacier, car les minimaux sont très bas. En effet, la
différence entre les maximums des sites est inférieure à celle entre les
minimums, et cette différence augmente avec la saison sèche (Figure VI.7).
C'est donc les valeurs très basses des minimums qui font augmenter
l'amplitude thermique sur le glacier Zongo. Ce refroidissement plus
important peut, pour partie, avoir pour origine les vents catabatiques froids
toujours présents sur le glacier et qui se renforcent en saison sèche (Voir
partie VI. 1.4).
30
11.0
".Q
--
10.0
E
.;
9-
9.0
:
~
- - - _. -- ---0
S-
'"
...
:
!;
-2.
'.
B.O
:'
~
-S
B
J-
7.0
6.0
5.0
nO'o'-01
déc-01
je.nY-02
fé'llT-02
mar!]:-02
moi-02
~=
juin-02
jull-02
3001-02
98pt-02
oc1-D2
Figure VI.6 Moyennes mensuelles de novembre 01 à octobre 02 des amplitudes thermiques
journalières sur le site de Charquini (trait épais) et du Zongo (trait pointillé).
100
Bo
60
40
G
~
.,
"
20
i
DO
~
·20
E
-40
·60
- _ M a x Charquini
Max Zongo
Min Zongo
-80
·100
26110
- Min Cherquini
15111
5112
'
25112
1411
312
2312
1513
414
241'
"/5
:M;
2:M;
13fl
218
2218
11>9
1110
21/10
Figure VI.7 Moyennes mobiles sur 10 jours du 01111101 au 31110/02 des extrêmes (maximums et
minimums) des températures journalières relevées sur le site Charquini (trait épais) et le site
Zongo (trait fin).
VI. 1.3 Humidité de l'air au pas de temps mensuel et décadaire
L'humidité des masses d'air est la variable la plus marquée saisonnièrement,
elle est majoritairement dépendante de l'arrivée des masses d'air humide
d'Amazonie. Ces arrivées sont elles-mêmes régulées par les mouvements de
la ZICT. Le paramètre utilisé pour rendre compte de l'humidité est dénommé
humidité relative (ou état hygrométrique). Il est généralement exprimé en %.
C'est le rapport de la pression de vapeur d'eau de l'air sur sa pression de
vapeur saturante. La valeur de la pression de vapeur saturante de l'air
augmente avec la température. En effet, l'air peut contenir plus d'eau quand
il est chaud.
31
95,[1
~I
ro,[l
~-V
_-x-
85,[1
"m,[l
~
t! 75,[1
_ 7~~~~e....
•
-
~ 7[],[I
'Z
~
65,[1
6[],[I
55,[1
SD,[I
-
-x.-
-
:><:
-
.-
-~
-
-
1----.,....- It.__ ......
f-
h_ _._._-
-~.\
...... ..
,\
,
i
1
tw •• ·•
1·-
t-
• olH]1 de 0{) 1 linu~ 1! uF-02 mall-
3.1 FD2
,
-
t~
XIX
.
maHJ2 I~ III œ
-r
1
-
-
~l~"
- -
~_
.1.-"-- .b:,..
-rf-~
.L=-"-:--~~:_
.
.
.
lL
1
",-
._--
-
-
-
1
1~ 1Hl2 a::lTHl2 'epH12 ocKI2 0C'Hl2 .aJ-l12
[l2
Figure VI.8 Moyennes mensuelles de novembre 2001 à octobre 2002 de l'humidité relative sur les
sites de Charquini et du Zongo.
L'humidité relative mensuelle possède une énorme saisonnalité variant du
simple au double entre les mois les plus secs (mai et juin) et les plus
humides (janvier, février et mars) (Figure VI.S). L'humidité relative du site
Charquini est constamment supérieure à celle mesurée sur le glacier. La
température étant inférieure sur le glacier (celui-ci étant 350 mètres plus
haut), si la pression de vapeur d'eau était la même sur les deux sites, le
glacier devrait être beaucoup plus saturé en vapeur d'eau. L'humidité
absolue de l'air au niveau du glacier est de la sorte beaucoup plus faible que
sur le site de Charquini.
Pour avoir des résultats consistants, il convient de calculer la teneur en eau
absolue de l'air et ainsi de s'affranchir du paramètre «température)t dont
dépend l'humidité relative. Nous allons donc calculer la pression de vapeur
d'eau mensuelle de chaque site. Cette pression se chiffre à partir de la
température et de l'humidité relative selon les équations psychométriques:
(QUENEY, 1974)
Pression de vapeur saturante: esat = 6.1078 EXP «17.08085 T sec) / (234.175 + T sec
Pression de vapeur: e = esat* Hr/100 (Hr désigne l'humidité relative).
»
L'humidité absolue des masses d'air situées à 180 cm au-dessus du glacier
Zongo est en moyenne bien plus faible que celle sur le site Charquini (figure
VI.9). Ce résultat provient principalement du gradient physique d'humidité
dans l'atmosphère. La pression de l'air réduisant avec la prise d'altitude (car
le poids de l'air diminue), la pression partielle d'oxygène est réduite dans des
proportions iden tiques(FRAN COU , 1993). La source permanente d'humidité
qu'est la glace n'a donc aucun effet pour renverser ce gradient.
La figure VI.IO illustre les valeurs d'humidité relative en décadaire pour
considérer l'évolution plus fine du taux de saturation de l'air au cours de
l'année.
32
1,Jl
1
1
/~
~
-=
'0
.E
e:
D..
~~
~
l.
--
-
co
_G
-
-
.
1- - 0- - -
c.aQ~I.1
,
ZKnQO
/
1
. \"
1
1
"3,5
...... ".....
"3,Jl
d@!cIl 1
la'l}112
li!! ur112
m alll:- au r-02 m al-02
D2
- 0- -
- .rr--
'"
.r _
<;)
1
Go-
/
1
V
J
.--;
-,
.oo-fl 1
!
1
1
1
~
....
,
(.
~,Jl
~-
1
!
1'\
\.
o~
~-ï
~,5
1
1
1
."":"
-
'c
1_ Il -fl2 1~ 1Hl2 <DTtD2
.p
1
1
;l!:ept- ocHl2 • 0IJ-02
112
Figure VI.9 Moyennes mensuelles de novembre 2001 à octobre 2002 de la pression de
vapeur d'eau calculée sur les sites de Charquini et du Glacier Zongo
100
1
,,
1
1
95
1
-
9J
85
q
!\
80
g
.
75
~
70
\
b-d
>
~
~
'0
~
~
1
1 \
1
1-1
1
\
j v'\
d
~
\
65
\
\
80
_ _ HR Charquini
- - 0 - HR lonao
50
!_-
45
40
N
N
0 0
1:2 '2 :::
!2 !2
.... '2
N
N
.... ii5 m
0 ;;r
N
~
~
~
N
~
~
r::
N
~
N
N
.... Cl
....
~
r:: e::;
0
N
N
N
N
N
N
N
N
'2 1:2 '2 '2
!2 Cl Cl
....
~ ~ ~ '<;t ID ~
'<;t
t- e::;
CD N <D C')
~
-
N
~
Cf)
~
N
N
N
N
N
Cl
'2 '2 '2 co
!2
le
t:::
t:::
tID
CD ~
N
--
N
N
N
N
N
~ al
;;:;
'2 Cl
!2
ID
N
Cl
Cl
....
~
N
N
1:2 !2
Cl
~
N
Cl
:::
.... ;;r a3
N
C')
N
'2
N
N
~
Figure VI.10 Moyennes en décadaires du 111112001 au 31110/2002 de l'humidité relative
de l'air sur les sites de Charquini et du Zongo.
La diminution du pas de temps permet d'apercevoir plusieurs phases de
fortes valeurs d 'humidité relative dans la haute vallée du rio Zongo. Des pics
de plus de 90% sur 10 jours, donc très proches de la saturation, sont
observés. Ce qui confirme les arrivées précipitantes par périodes de
plusieurs jours en saison humide. En saison sèche, on constate deux
arrivées majeures d'humidité, dont une en juillet d'une durée de plus de 10
33
jours. La transition (chute brutale de l'humidité) entre les deux saisons
très marquée entre fin avril et début mai.
L'humidité relative varie de la même façon sur les deux sites. Ils reçoivent
mêmes cycles d'arrivée d'air plus ou moins saturé en vapeur d'eau.
gradient négatif d'humiditê de Charquini vers Zongo se généralise sur
plus courtes périodes.
est
les
Le
de
VI 1.4 Analyse des vents en surface (vitesse et direction)
VI.1A. a) Analyse globale
L'analyse des vents en surface va permettre d'avoir connaissance des
conditions atmosphériques très locales. Pour le traitement de cette variable,
on comparera le site Charquini aux valeurs relevées sur le glacier Zongo
mais aussi à celles relevées à la Plataforma. Ces valeurs peuvent se révéler
intéressantes vu la situation de cette station. En effet, celle-ci est située à
proximité du col de la vallée et du glacier du Zongo. Les vents peuvent donc
être influencés par ce voisinage. Le vent est représenté par deux
paramètres: sa direction en degrés par rapport au Nord, et sa force en rn/s.
Malheureusement, le site de la Plataforma ne présentant pas d'anémomètre,
l'origine des vents relevés sur ce site restera indéterminée.
Une première analyse (figure VI.11) expose l'aspect très saisonnier de ces
vents, ceux-ci se renforçant considérablement en saison sèche. De plus, il
existe une très forte disparité entre le site Charquini et le site Zongo, les
vents sur le glacier étant deux fois plus importants. Les vents, sur la
Plataforma, sont supérieurs à ceux relevés sur Charquini. Ceci peut être dû,
soit à la proximité du col, soit aux vents catabatiques provenant du glacier.
Les plus fortes valeurs sur le site Zongo proviennent certainement des vents
descendants.
3.5,-------------------------------,
o
....
{j'
···_·_C).·····__ ·zongo
•
Chaq...r.l
-X-Pllll:alonn.
cr
.. -..
,
o
"0
. ....-0
1.5
Figure VI.ll Moyennes mensuelles de novembre 01 à octobre 02 de la vitesse du vent sur
les stations Cbarquini, Zongo-5150 et sur la station Plataforma.
En règle générale les vitesses des vents ne sont pas très élevées pour de la
haute montagne. Elles sont de forces minimales en période de saison de
précipitations. Le type de précipitations de novembre à mars n'est pas donc
34
pas de type tempétueux. Ce qui est confirmé par les intensités horaires très
faibles de celles-ci au maximum 20 mm par heures le 14 avril.
En saison des pluies, en moyenne sur le site Charquini, plus de 30 % des
vents sont d'origine nord-ouest ce qui correspond à un vent provenant de la
vallée et 25 % sont sud/ sud-est ce qui correspond aux vents de montagne
descendants (Figure V1.12). En saison sèche, la tendance des vents de vallée
diminue au profit des vents descendants qui passent à 40 %. Pour la
situation du glacier Zongo, on retrouve très bien cette dynamique avec plus
13 de vents est sud-est qui correspondent aux vents montants de la vallée et
1;4 de vents de montagnes. En saison sèche, les vents de montagne passent
aussi 40 %.
Il existe donc la même dynamique saisonnière sur les deux sites avec plus de
vents de montagne en saison sèche qui sont certainement la conséquence de
la plus faible nébulosité pendant cette saison.
llJl
"
15,0
N
Wf-+-+-f-
5
Figure VI.12 Fréquences moyennes des directions des vents à gauche en saison humide Oci, de décembre à
mars) et à droite en saison sèche (de ma; à août) (En haut le site Charquini, en bas le site Zongo).Le flèches
centrales indiquent la direction du bas de la vallée relative à la position de chaque station.
35
VI.l.4. bJ Dynamique Journalière
En parallèle à la légère dynamique saisonnière, c'est le cycle nycthéméral qui
varie le plus.
La figure VI.13 présente l'évolution moyenne d'~ horaire sur les sites de
Zongo et Charquini, de la fréquence de la direction des vents pour tous les
jours du mois de mars, considérés comme représentatifs de la saison
humide. La figure VI. 14 présente la même série, mais en terme de vitesse de
ces vents. Il faut premièrement noter que les deux sites ne sont pas orientés
de même façon vers la vallée (Charquini regarde le nord-ouest de la vallée et
zongo l'est sud-est).
Sur chaque secteur, les vents de vallée apparaissent vers 8h30 et il n'y a
plus que ce type de vent jusqu'environ 21 h sur le site Charquini heure
instant où les vents descendants arrivent. Sur le glacier, les vents de
montagnes démarrent plus tôt vers 17 heures. Au cours des nuits, les vents
de montagnes restent partout majoritaires. Ces vents sont donc des vents
catabatiques. Cependant, on constate généralement la présence de vents
nocturnes de vallée sur chaque site. Ces vents peuvent résulter des nuits de
mauvais temps général et véhiculer des précipitations nocturnes (voir partie
VI.2). Les vents de vallées diurnes sont exactement de la même force sur les
deux sites ce qui prouve leur origine commune (figure VI. 14). Les vents
nocturnes sur le site Charquini sont de très faible d'intensité (environ 0,8
ml s) et sont tout à fait négligeables par rapport aux vents montants de la
vallée le jour. Ce qui veut dire que les vents catabatiques du petit glacier du
Cerro Charquini n'ont que très peu d'influence sur la météorologie locale du
site. Par contre les vents catabatiques du glacier Zongo sont quant à eux à
peu près de la même intensité que les vents de vallée. Mais il y a une chute
de la vitesse de ces vents le matin, entre 9h30 et 11h30, et l'après-midi,
entre 15h30 et 17h30 au moment où leur direction s'inverse.
Le cycle journalier des vents au mois d'août, (figure VI.IS et VI. 16)
représentatif de la saison sèche, montrent sur les deux sites une totale
domination des vents catabatiques la nuit. Le jour, les deux sites reçoivent
un vent de vallée assez marqué car plus intense qu'au mois de mars (plus de
2 mis au lieu de 1.5). Les vents catabatiques provenant du Cerro Charquini
sont dune intensité légèrement supérieure aux vents nocturnes du mois de
mars. Mais ces vents sont à nouveau d'une intensité négligeable par rapport
aux vents diurnes. Ainsi, ce petit glacier possède très peu d'influence sur les
vents relevés sur le site. Par contre en cette saison, les vents catabatiques
nocturnes du glacier sont beaucoup plus forts que les vents diurnes.
36
~
:z
,.-L~,-.--...,---...,.-....,....---.-----r'---f:>....-..,-...o...,.----.,.-L--JT--.lf--""'"t"'&'-r'--T-"""'t-.....,...'-->-r"""'~"""""'~
o
1
2
3
~
5
6
7
B 9 10 11 12 13 1~ 15 16 17 1B 19 20 21 22 23
CIl
c:
al
:>
CIl
-8
CIl
.~
10
o
1 2
3 4
5
6 7
o
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
heure locale
Figure VI.13 Fréquences (%) des directions originelles des vents selon l'heure de la journée
pour le mois de mars 2002. Le panneau supérieur représente la station Charquini et celui du bas
le site Zongo.
3.5
- - - . - - - - - - , - - - , - - " - r-•
-,~-
1
2.5
."
i
.1
-il
1.5
0.5
I-Cho.rqu'n; - - - - ZONGO
1
1
o
+--+--+--+--4__-+--+-______+_-+-~-.;..__+_-4________+_-4__-l__I~-~_I_-1____'
0:00
1:12
2:24
3:36
4:48
6:00
7:12
8:24
P:36
10:48
12:00
13:12
14:24
15:36
16:48
18:00
19:12
20:24 21:36
22:48
Figure V1.14 Evolution journalière de la vitesse moyenne des vents au cours du mois de mars
2002 (en pointillés le site Zongo et en trait épais le site Charquini).
37
o
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
~_...... _"--:'Ilo='
--
.~.
o
w
w
10
Z
o
Z
o 1 2 3 4 5 6 7 B 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1B 19 20 21 22 23
Heure locale
Figure V1.15 Fréquences (%) des directions originelles des vents selon l'heure de la journée pour
le mois de d'août 2002. Le panneau supérieur représente la station Charquini et celui du bas le
site Zongo.
. .. _..... _.
O."
Char-qulni - - - - ZClf'.JGO
o
+--____+_----l-~____I_-.:----____+_-----!-_+I-_l__-+__I__+_______+-__l_____I_-+____+__-__l___+_----'
0:00
1:12
2:24
3:36
4:48
6:00
7:J2
8:24
9:96
10:48
12:00
13:12
14:24
15:96
16:48
18:00
10:12
20:24
21:36
22:48
Figure V1.16 Evolution journalière de la vitesse moyenne des vents au cours du mois de d'août
2002 (en pointillés le site Zongo et en trait épais le site Charquini).
38
VI.2 Dynàmique des précipitations
Dans la vallée du Zongo, les précipitations sont principalement régulées par
une dynamique journalière résultant de la convection thermique après
réchauffement matinal des zones humides pré-amazoniennes et par une
dynamique saisonnière provenant des déplacements de la ZICT.
Le site Charquini, à l'origine, a été installé pour étudier la dynamique de la
couverture neigeuse. Pour commencer cette étude, il est nécessaire d'avoir
connaissance de la répartition entre les phases solides et liquides sur le site.
L'avantage principal du pluviographe Géonor, outre le fait qu'il va nous
permettre de voir évoluer heure par heure les précipitations, permet aussi
d'avoir connaissance de leur phase par des méthodes plus ou moins
complexes. (LEBLANC, 2001) avait recherché une température seuil pour
tenter de discriminer les phases de précipitations sur le site de la Plataforma
mais il avait conclu que seul ce paramètre ne suffisait pas. Les résultats
avaient été très décevants. Il a fallu donc mettre au point d'autres méthodes
d'analyses. Une première, très simple, est basée sur le fait que le
pluviographe par pesée soit complété par un pluviographe à augets
basculeurs. Cette méthode est appelée «méthode directe» (L'HOTE et al.,
2003). En installant côte à côte les deux enregistreurs, on peut remarquer
un décalage de temps d'enregistrement lors des précipitations neigeuses car
dans l'entonnoir du pluviographe à augets, il est nécessaire d'attendre la
fonte de la neige pour que celle ci soit comptabilisée. Ce décalage est associé
à une température seuil pour l'occurrence de la neige de 0,3°C et à un
intervalle [0,3 ; 2°C] où l'on peut considérer les deux phases. Une série de
trois photos quotidiennes, prises automatiquement sur le site, aide à la
décision de la séparation pluie-neige. Les résultats sont jugés assez
satisfaisants. Mais le centre d'étude de la neige de Météo France, a lui, mis
au point une méthode dite «experte» (LEJEUNE et al., 2003) prenant en
compte les cas difficiles: quand la température de l'air est comprisse entre
O°C et 2°C. Cette méthode utilise d'autres paramètres comme la température
au sol, le flux géothermique, le rayonnement terrestre et la variation de
l'albédo (voir partie VI pour la définition de ce paramètre de rayonnement).
Les précipitations sur le site Charquini ont été discriminées par méthode
experte du 1 novembre au 24 avril et, faute de mieux, par la méthode directe
pour la période restante.
VL2.1 Répartition des précipitations et de leur phase
VI•.2.1. a} Répartition annuelle
De novembre 2001 à octobre 2002, sur le site Charquini, il est tombé 1175
mm de précipitations. 75 % ont eu lieu de novembre à avril dont 59 % de
décembre à mars (partie N figure N.1).
Au cours de l'année, il est tombé plus de neige que de pluie (figure VI.17).
35 % des précipitations seulement étaient apparemment de la pluie. Il existe
une légère saisonnalité dans la répartition de leurs phases. De novembre à
mars 40 % du total était de la pluie. De mai à août, il est seulement tombé
28 % de phase liquide. Ce dernier chiffre provient des températures un peu
39
plus fraîches en cette saison. La part des précipitations neigeuses sur le site
est très élevée mais il y a quand méme de la pluie. On est donc au-dessous
de la limite permanente pluie-neige annuelle située vers 51 00-5200m sur sol
nu (FRANCOU, 1993).
25lJ , - - - - - - - - - -
---
----~oneige
.pluie
200
50
o
nov-01
dlc-01
ene-02
feb-0'2
mar-02
abr-02
may-02
jun-02
jul-02
8go-02
ser>02
ocl-02
Figure VI.17 Répartition mensuelle de novembre 2001 à octobre 2002 des précipitations et de
leurs phases sur le site Charquini.
VI.2.1.b) Répartition horaire des précipitations et de leurs phases
Au cours de l'année, un maximum de précipitations est observé entre 12 h et
15 h avec plus de 35 % des précipitations qui tombent dans ce créneau. Ceci
est conforme aux chiffres de la littérature où l'on annonce un maximum de
précipitations en début d'après midi (SICART et al., 2003)(figure VI.18). La
période de 12h à 13h00 et de 16h à 18 h comporte, elle, 18 % des
précipitations. Ces précipitations appartiennent pour grande partie à la
convection thermique journalière.
Le reste des précipitations (un peu prés de 50% du total) se repartit à peu
près également au cours de la journée. 35 % du total survient la nuit. Ces
précipitations concernent donc un autre schéma moins local. Elles
appartiennent sans doute aux longues périodes de mauvais temps
permanent sur la Cordillère. Si ces longues dépressions apportent aussi des
précipitations dans la période 12h-18h, cela ne fait plus qu'un tiers des
précipitations qui répondent au schéma de convection locale thermique et
orographique. Ce schéma ne serait plus majoritaire pour provoquer des
précipitations dans la vallée.
Quant à la répartition des différentes phases, en milieu de journée, près des
% des précipitations sont de la pluie. Ce chiffre passe à la moitié en première
partie de nuit. Par contre après minuit et jusqu'à 9heure du matin, on
observe plus de 90% des précipitations neigeuses (c'est la période la plus
froide de la nuit).
40
12
[J noige .mnuelle 1
• pluie annuelle
la
l-
I
l!
~"
1
0-
~ B
-
1-
...
....,
1
1
Il
::' 6
1
'l:
~
<>.
2
a
l-
-
I-
r-
.. . .
a
2
3
-
-
I-
Il
5
6
7
8
1
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
-
1--
11
20
21
1-"
r--
i
1
22
23
Figure VI.18 Evolution de la répartition des quantités relatives de précipitations et de leurs
phases au cours de la journée sur toute l'année de novembre 2001 à octobre 2002.
VI.2.1.c) Répartition saisonnière des précipitations selon l'heure de la
journée et les phases.
La saison humide (décembre à mars) fait apparaître quasiment le méme
schéma, en terme de répartition horaire, des totaux de précipitations et de
leurs phases. C'est logique puisque la saison influence 60 % des
précipitations annuelles (figure VI19).
C'est en saison sèche que la répartition est la plus inégale avec un véritable
pic de précipitations de 14 heures à 15 heures contenant presque 25 % du
total. 90% de ce pic est sous forme de pluie (figure VI.20). Il y a présence de
deux pics secondaires de 10% du total chacun de 13 h à 14 h et de 15 h à
16 heures dont plus des 3/4 sont de la pluie. Le reste des précipitations est
réparti presque aléatoirement avec uniquement de la neige de 2h à 9h et
96% de neige de 20 heures à 9 heures. Cette forte proportion de neige
dépend des températures très froides régnant la nuit en saison sèche (faible
nébulosité).
C'est donc en saison sèche que les précipitations sont majoritairement
représentées par le schéma local de convection thermique sur les Yungas
avec un pic très significatif vers 14 heures. En effet, le sol amazonien plus
humide que l'atmosphère ambiante connaît une nébulosité croissante au
cours de la journée, ce qui provoque des «granizadas)) isolées l'après-midi
(FRANCOU, 1993).
41
--
12.0
----1[] neige saison humide 1
10.0
.
j
• pluie saison humide
-
f--
8,0
B
~
l
~
-
6.0
~
~
~_
4,0
Cl.
f-
2.0
Il
0.0
o
c-
f-
•
2
-
-
'-
3
5
l-
i-
i-
• 1~
6
6
9
10
f--
11
12
13
14
15
16
17
16
1 11
19
2IJ
21
22
23
Figure VI.19 Evolution de la répartition des quantités relatives de précipitations et de leurs
phases au cours de la journée sur la saison humide de décembre 2001 à mars 2002
25,0,-----------------------------------,
20.0
El neige saison seche
-
• pluie saison seche
~
Ï!
-!t
15,0
-j-------------------------------------1
~ 10,0
+ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 t-_.f--:=:-----------------j
....
~
IL
.-:.
~
::>
o
IL
5,0 + - f - l ' - - - - - - - - - - - - - - - - - _ _ . I - -
o
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
f-----i
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Figure V1.20 Evolution de la répartition des quantités relatives de précipitations et de leurs
phases au cours de la journée sur la saison sèche de mai 2002 à août 2002
VI. 2.2 Tenue de la neige au sol: comparaison sols nu et englacé
Si 65 % des précipitations sont neigeuses sur le site Charquini, cela ne veut
pas dire qu'il y a présence de couche de neige durable au sol. Cette
information est essentielle pour l'étude de la couverture neigeuse et de sa
dynamique. Un paramètre capital permet de savoir si cette neige tient au
sol: l'albédo (voir définition partie VII). L'albédo varie suivant la composition
de la surface au sol de minimum 0,2 pour un sol nu sans végétation comme
c'est le cas sur Charquini à entre 0,55 et 0,9 suivant le type de neige et son
degré de transformation (SICART 2001). C'est la variation journalière de
l'albédo qui va nous permettre de savoir s'il y a formation de couche de neige
42
sur le site Charquini et sur le site Zongo. De plus, ne disposant pas de
pluviographe pour réaliser la discrimination pluie-neige sur le glacier, la
variation de l'albédo du glacier peut informer s'il y a précipitation neigeuse
sur le glacier lorsque l'on enregistre de la pluie sur Charquini.
En saison humide (ici du 20 janvier au 31 mars) (figure VI.21), dès que les
précipitations neigeuses journalières sont majoritaires, l'albédo moyen
journalier du site Charquini augmente. D'une valeur de 0.3, si la
précipitation a été faible où si la neige n'a apparemment pas tenu, jusqu'à
[0,5 ; 0,9], si la précipitation a été de plus forte intensité, de plus longue
durée ou suivant le type de neige. Par contre, dès le lendemain d'une montée
d'albédo, s'il ne reneige pas, celui-ci retombe à sa valeur initiale de 0,2. Ce
qui signifie qu'il n'y a pas formation de stock de neige sur le site. La neige est
donc très éphémère. Ce phénomène se retrouve tout au long de l'année avec
une exception lors de la saison sèche (du 28 au 30 juillet) (figure VI.22), où
cette neige a tenu presque 3 jours. Cet événement est certainement lié aux
précipitations et au froid exceptionnel observé durant ces quelques jours.
Cette fugacité de la couverture neigeuse sur sol nu provient majoritairement
de l'intensité du rayonnement solaire qui chauffe considérément les sols. En
effet, s'il y a chute de neige (matérialisée par une augmentation notable de
l'albédo), dès que le jour se lève ou que la couverture nuageuse laisse passer
à nouveau les rayons du soleil, l'albédo chute considérablement. La figure
VI.23 illustre cet exemple avec une précipitation matinale neigeuse d'environ
4 cm (calculée avec une densité moyenne de 0,35). Moins d'une heure après
l'apparition des rayons du soleil (matérialisés par l'augmentation
considérable de l'intensité du rayonnent solaire), l'albédo était revenu à sa
valeur initiale signalant la disparition totale de cette neige en très peu de
temps.
Pour le site du glacier Zongo en saison humide, lorsqu'il n'y a aucune
précipitation enregistrée sur Charquini, l'albédo moyen journalier est de 0,6,
ce qui correspond à de la neige transformée et non de la glace. Il y a donc un
stock de neige sur le glacier au niveau de la station météorologique. Par
contre dès qu'il y a précipitation de quelque type que ce soit sur Charquini,
on observe sur le site Zongo une augmentation notable de l'albédo. Ce qui
veut dire d'une part, que quand il y a précipitation sur le site Charquini, il y
a aussi précipitation sur le glacier. Et d'autre part que sur cette partie du
glacier, les précipitations sont systématiquement de type neigeux car on
retrouve le même schéma tout au long de l'année (figure VI.21 li VI.22).
Mais l'albédo présente une forte variabilité inter-journalière car la neige se
transforme très rapidement. Le fort rayonnement solaire aux basses
latitudes et à haute altitude est la cause de cette transformation rapide.
43
.-
30,0
- --
;
,
"
25,0
--
.i
,,
.
"
:
0,
0'
','
..
.'.'.
.,
;
.'.,
. . .: .
,
,
,
"
1..'
"
.'
, ,
:
1
c,'
0,9
>c-
", A
.
,
-
0
' '
:
,
~'
,
"
r,
--- .. /
0,7
....
c:=:::::J Neige Charquini
_
Pluie Charquini
20,0
u:
0,6
, Albedo longo
--Albedo Charquini
•
..
...~
0,8
- .'
!.
c:
0
15,0
ü
~
CL
li
10,0
~
5,0
1
l
1
Il ~ :i
,.,J
1.
/
,/
N
\-
\J
v
0,3
f'v-/'J l
W
0,2
0,1
1
1
1 Y
li 1 YI.
~
. 1
Figure V1.21 Précipitations pluvieuses et neigeuses journalières relevées sur le site Charquini du
20 janvier 2002 au 31 mars 2003 et albédo moyen journalier de 9h à 17 h calculé pour le site de
Charquini (en trait continu rouge) et pour le site du Zongo (en pointillés bleus).
,- ,
30,0
0,9
-.,
"
, ,
.,
25,0
20,0
0
il
0,6
0,50
Albedo Charquini
'0
-4>
15,0
'"
Q.
Ü
...
0,7
Albedo Zongo
!
c:
.'
.'
Neige Charquini
_Pluie CharqUlnl
or
.
0,8
~
10,0
5,0
.<:l
j
----.
-------
-.
.~
o,ii
0,3
-------
0,2
0,1
Figure VI.22 Précipitations pluvieuses et neigeuses journalières relevées sur le site Charquini du
22 juillet 2002 au 10 septembre 2003 et albédo moyen journalier de 9h à 17 h calculé sur le site
de Charquini (en trait continu rouge) et du Zongo (en pointillés bleus).
44
1500
0,9
1350
•
Albedo
- - . - Rayonnemnt solaire Incident
1200
0,8
0,7
"E- 1050
!
..
ë
:!1
.'
900
0,6
u
.=
f
ai
750
0,5
600
0,4
450
0,3
"0
co
ë
..
E
t:
t:
0
,.,
co
Il<
0,2
300
.i
150
0
7:00
0,1
8:00
9:01
10:01
11:02
12:02
13:03
14:03
15:04
16:04
17:05
18:05
Figure VI.23 Evolution Y2 horaires de l'albédo et de la radiation solaire incidente pour une
journée moyenne de saison humide où il a neigé dans la matinée. L'albédo nocturne est fixé à 1
car il n'y a aucun rayonnement solaire.
45
VII Notions de bilan radiatif: comparaison sols nu et englacé
Un paramètre fondamental du forçage climatique qui entre dans l'évolution
dun manteau nival ou dun glacier de haute montagne est la variation des
flux radiatifs. L'énergie disponible au sol pour la fonte de la neige ou de la
glace dépend en grande partie de la variation de ces flux. Ces flux forment
les quantités d'énergie les plus importantes échangées avec la surface et la
couche d'atmosphère proche nommée Il couche limite de surface Il. Les autres
types de flux constituant les systèmes multiples d'échange d'énergie sont les
flux conductifs ou flux turbulents (transfert de chaleur sensible et latente) et
les flux convectifs (transfert de masses). Mais il ne sera pas abordé dans
cette étude car la station Charquini ne possède pas l'appareillage approprié
pour ce type d'étude. Les résultats présentés ci après font donc plus office de
constatation sur les paramètres relatifs au bilan radiatif que de réelle
analyse du bilan d'énergie.
VlI.l Rappels physiques
Une radiation est une onde électromagnétique dont le champ d'action est
défmi par sa longueur d'onde. La surface terrestre et les différents
composants de l'atmosphère reçoivent des radiations dites incidentes des
sources extérieures et absorbent, réfléchissent ou réemettent ces radiations.
Afin de réaliser un bilan, pour savoir si une surface stocke ou non de
l'énergie radiative, on somme les différents types de radiation; Les radiations
incidentes sont par convention comptées positives. Les radiations réfléchies
et celles qui sont émises par la surface elle-même sont négatives. L'intensité
dune radiation est mesurée en watt par mètres au carrées (W 1m2 ).
La radiation courte longueurs d'ondes incidentes est la radiation émise
principalement par les rayons directs du soleil dans la gamme [300 -1100]
nm, cette radiation est également diffusée par l'atmosphère et réfléchie par
les surfaces avoisinantes. Cette gamme comprend majoritairement les
radiations appelées visible, ultraviolets et proche infrarouge. La surface
réfléchie ou absorbe ce type de radiations en fonction de son état (neige,
glace, végétation ou sol nu). Le deuxième type de radiation à prendre en
compte dans un bilan radiatif, sont les radiations grandes longueurs
d'ondes. C'est celles émises dans une gamme nommée l'infrarouge thermique
par tous les éléments du système terrestre dont l'atmosphère. Les longueurs
d'ondes correspondantes appartiennent à l'intervalle [4000-60000] nm.
L'intensité des radiations grandes longueurs d'ondes est fonction de la
température de l'objet émetteur (tout corps dont la température est
supérieure à OaK ou -273°C rayonne) et la quantité d'énergie émise est
fonction de la température et de l'émissivité de l'objet (potentiel à émettre)
selon la loi de Stefan Boltzmann.
Les gammes situées dans l'intervalle [1100-4000] nm sont ignorées car il n'a
quasiment aucune énergie transmise à ces longueurs d'ondes;
La radiation nette (Rn) toutes longueurs d'ondes sur une surface est
constituée par le bilan des radiations courtes longueurs (SW: short waves)
46
d'ondes incidentes et réfléchies, et des radiations grandes longueurs (LW:
long waves) d'ondes incidentes et réfléchies: (LLIBOUTRY, 1964)
Rn=SW J+SWt+LWJ+LWt
Avec
swJ: radiation courtes longueurs d'ondes incidentes
swt: radiation courtes longueurs d'ondes réfléchies par la surface
LWJ: radiation grandes longueurs d'ondes incidentes
LWt radiation grandes longueurs d'ondes émises par la surface.
La part d'énergie radiative courtes longueurs d'ondes réfléchies par la
surface est principalement fonction de sa réflectivité. Cette réflectivité
dépend du type de sol rencontré et de sa couleur.
La quantité relative d'énergie radiative courtes longueurs d'ondes réfléchies
est indiquée par un paramètre appelé l'albédo (symboliser par le signe a).
L'albédo est défini par le rapport entre la quantité de radiation SW réfléchie
sur la quantité de radiation SWincidente.
a=SW1ïSWJ
La grandeur de ce paramètre part d un maximum de 0,9 pour de la neige
fraîche (la neige poudreuse par exemple), cette valeur descend à 0,5 pour un
névé (vieille neige transformée) puis à environ 0,4 pour de la glace et 0,15
pour un sol nu. La valeur de l'albédo permet donc de reconnaître le type de
sol rencontré. L'albédo est doit être calculé uniquement lorsque les rayons
du soleil sont présents en toutes saisons, ici de 9 heures à 17 heures.
VII.2. Etude globale et saisonnière du bilan radiatif au niveau de la
station Zongo et de la station Charquini
Vll.2.1 Radiation solaire incidente
A cette latitude (16°8°), la radiation solaire théorique en ciel clair présente
une légère saisonnalité, celle ci étant d'intensité moindre en hiver austral. A
cette époque, le soleil est dans sa position la plus éloignée par rapport à la
terre (c'est l'aphélie) et la quantité d'atmosphère est plus épaisse à traverser
(la vapeur d'eau, le gaz carbonique, l'ozone, et les aérosols absorbent une
bonne partie du rayonnement solaire), la combinaison de ces deux éléments
atténue légèrement la radiation solaire. Les valeurs de rayonnement incident
courtes longueurs d'ondes relevées sur les sites de Charquini et Zongo sont
en majorité supérieures au rayonnement théoriques ciel clair car ces
rayonnements comprennent aussi les réflexions multiples sur les
nombreuses surfaces englacées avoisinantes (figure V1I.I). De plus, ce flux
théorique est calculé à plus basse altitude, la radiation solaire étant plus
intense, lorsque l'on s'élève en altitude car il y a moins d'atmosphère à
traverser.
La saisonnalité du rayonnement solaire incident sur les deux sites est
inversée par rapport à la théorie. Ces valeurs sont très atténuées en saison
humide car le rayonnement solaire est intercepté par la présence quasi
47
permanente de couverture nuageuse (nébulosité) en cette période. Cette
couverture nuageuse absorbant (car elle est constitué de vapeur d'eau) et
réfléchissant une majeur partie des rayons du soleil, ceux n'atteignent pas la
surface terrestre. La valeur minimale de l'année pour ce paramètre est située
au mois de février qui est celui où l'on a relevé le plus de précipitations donc
le plus nuageux. En recherchant les valeurs maximales de rayonnement
solaire incident sur 10 jours, il est constaté une saisonnalité identique à la
théorie avec une diminution nette de ces valeurs au mois de mai juin et
juillet (figure VII.2). Ces valeurs maximales sont environ trois fois
supérieures à la radiation théorique ciel clair à causes de réflexions
multiples sur les pentes avoisinantes et sur les nuages (SrCART 2001). Un
ajustement polynomial d'ordre 3 permet d'observer cette tendance sur les
deux sites d'étude.
700,0
1
,
1
1
<l
600,0
1
,
-o .....
.~ ~----
-~-Q
~
,
,
, ,
$>,.
'.
_J_.oQ ____
......' J fi
--,
~
K"
\
/--.c::....
N
~ r---- r--.
--
-----
----+-- Charquini
---<>----Zongo
L,....--
1\0
l-)
~
--Réanalyses ciel clair
100,0
0,0
Figure VII.1, valeurs mensuelles de la radiation solaire incidente de novembre 2001 à octobre
2002 sur les sites de Zongo et de Charquini. En trait continu, la radiation théorique ciel clair du
modèle de Réanalyses NCEP/NCAR.
1600
-r----------------------------,
1500
+--
---1
•
i
•
1300
~
!
. ,
x
Charqtali
ZlJ1go
-
Pl1yTmiaI (Zmgo)
-
Pl1yTmiaI (Char~)
':--'=======__
-,,--~~..===--->'-----=~---__
•
1200
i
1100
f
1003
i
•
•
x
•
• •
+------"-
_ _ _ _ _ _ _ _•
-JL.-.;~
•
...2.....-h.ll
•
x
900 ~-------------------------
1 8OO+--r-----.------,r----,-----.-----r~.-_._____._-r-.______._____._______._-._____.___r_---,--1
~~~,~~~:<S'##,#.f~///.I:~~~:/###~//~~~~#
Figure V11.2, Valeurs maximales sur 10 jours de la radiation solaire incidente journalière relevée
de novembre 2001 à octobre 2002 sur les sites de Charquini et du Zongo. Les deux ajustements
polynomiaux d'ordre 3 sont dessinés pour illustrer la tendance saisonnière.
48
Le glacier reçoit plus d'énergie incidente que le site Charquini. Ce
phénomène est très visible en saison humide (figure VII. 1). Car, d'une part
la station Zongo est plus élevée de 350 mètres. D'autre part, la station est
située dans un vallon encaissé entouré de surfaces enneigées et
constamment englacées. Cette situation qui provoque de multiples réflexions
du rayonnement solaire d'où sa plus forte intensité. Le glacier peut, par sa
température plus froide, tamponner la convection nuageuse, et donc
disperser les nuages. Cette moindre couverture nuageuse moindre laisserait
mieux passer le rayonnement solaire.
VII.2.2. L'albédo et la radiation courtes longueurs d'ondes réfléchies
La glace et la neige présentes en permanence sur le glacier font que celui ci
possède un albédo nettement plus élevé que le site Charquini. L'albédo
moyen mensuel du glacier présente une légère saisonnalité avec des valeurs
minimales en mai et juin où il descend à 0,7 qui correspond à de la neige
transformée. Cette période est synchrone à celle où il y a eu le moins de
précipitations relevées (50 mm en deux mois) (figure VII.3).
Pour le site Charquini, l'albédo moyen reste constant toute l'année avec des
valeurs qui oscillent entre 0,2 et 0,26 à l'exception du mois de juillet où la
moyenne sur la période a augmenté significativement. Cette période a vu
tomber beaucoup de précipitations dont 90 % étaient de la neige; la neige
tombée ce mois ci a donc vraiment eu une influence sur la réflexion du
rayonnement solaire. Le mois de février qui possède l'albédo moyen
minimum est l'unique période où les précipitations pluvieuses ont été
excédentaires.
00,9
l'..-.-0------.---.----,------,.1----
-,---------:------,---[--.--.o-.-.~..-.-.Q-.-.-.
,8
"ij": .••
. -0. .-.'. .-.-0-------,
:-~{ir~.7---~-----..;::..c'-.:....""'___=_-
::: ~-'-_--I----;----I-:-- - -
- --r--L-i
---
0,5
--+------~.-~ ~~~+--_I
~j~- --
.'
_~!__
1
•
CharQJini
••. 0- ..
Zongo
0,4
0,3
0,2
0,1 - 1 - - - - + - - - - - - - - 1 1 - - 0,0 -t------i---+---+----j---+---+----t---+---+-----j---+----j
nov -01
déc·01
janv -02
fév r-02
mars·02
av r-02
mai-02
juin·02
juil-02
aoül-02
sepl-02
ocl-02
Figure VII.3, Albédo moyen mensuel (calculer à partir des moyennes journalières de 9 heures à
17 heures) de novembre 2001 à octobre 2002 sur les sites de Zongo et Charquini.
Pour voir varier significativement l'albédo sur le site Charquini, il faut
obligatoirement passer en valeurs journalières. La variabilité des valeurs
journalières est énorme au cours de l'année. Ainsi les variations d'albédo
rendent compte de la fréquence des pics de précipitations neigeuses qu'il y a
eu au cours de l'année, les pics d'albédo correspondent à des jours de
précipitations
neigeuses
conséquentes.
Mais
comme
annoncé
49
précédemment, il n'y a formation d'aucun manteau neigeux durable. Car dès
qu'il y a observation d'un pic d'albédo celui-ci retourne à sa valeur initiale
dès le lendemain. Malgré ces pics, l'albédo moyen mensuel ne ressent
quasiment pas cette neige.
L'albédo du site Charquini présente des légères variations dans ses valeurs
minimales. Ces variations proviennent de la teneur en eau du sol. Si le sol
est humide, par exemple lorsqu'il a beaucoup plu, l'albédo atteint des
valeurs minimales car l'humidité assombrit ce sol. Celui-ci absorbe plus le
rayonnement solaire qu'il ne le reflète. Ainsi, un sol très sec donc clair
présente des valeurs d'albédo d'environ 0,20 comme fin mai, où pendant une
longue période aucune précipitation n'est survenue. Pour un sol très
humide donc sombre, les valeurs plafonnent à 0,16 comme mi-février où il
est tombé intensément et majoritairement de la pluie (figure VII.4).
Les valeurs journalières à 5150 mètres sur le glacier restent, quant à elles,
très élevées, sauf pour le début de mois de novembre où l'on atteint la valeur
journalière minimale de 0,5. Cette valeur est très roche de l'albédo de la
glace. En effet, ce mois ci les températures ont été très chaudes et les
précipitations faibles, ce qui a provoqué la fonte rapide du manteau neigeux
en place. Cependant, cette partie du glacier ne passe jamais durablement en
glace vive et celui-ci reste enneigé une grande partie de l'année.
;;
i;
0
'"
;;
::-
0
C
.T
~
D
::-0
C
cD
N
D
;;
.."
<J
<..>
'<Il
"0
"0
N
CD
~
N
N
N
D
::- '7>
'" c:,'"
"J:
0
C
C
N
N
N
D
~
D
~
>
:J!?
ch
0
>
~
6
N
N
0
N
N
D
D
>
ê
~
'"
E
0
D
N
N
D
~
ch
~
~
>
ID
'" ..:.
(Tl
D
~
N
0
..l.
'"
E
N
N
N
N
N
N
D
~
'"
E
D
D
D
D
.è::::J
C
â
~
....
(ij
~
E
,;,
0
~
en
N
:~
N
CD
~
N
6
~
N
N
D
.....
<::::J
N
D
.....
<::::J
0
0
'"
'"
l'-
0
N
N
N
.....
0.
D
0
.....
0.
Q)
(J)
Q)
(J)
.T
00
0
N
D
N
D
-t;
-t;
N
cO
o
D
0
~
N
0
t':;
0
6
M
~
Figure V11.4; Albédo moyen journalier de 9h à 17h du 1er novembre 2001 au 31 octobre 2002
calculé sur les sites du Zongo et de Charquini.
VII.2.3 Radiation nette grandes longueurs d'ondes.
La station du glacier ne présentant uniquement des capteurs de
rayonnement net toutes longueurs d'ondes et de radiations incidentes et
réfléchies courtes longueurs d'onde, on peut uniquement accéder à la
radiation nette grandes longueurs d'ondes (Rn(LW)r:
Rn(LW)=Rn - swJ+swt
Et Rn(LW) = LwhLwt
Cependant, ce résultat est discriminable en valeurs incidentes et réfléchies
par un calcul approprié des températures et de l'émissivité des surfaces et de
50
l'atmosphère (WAGNON 1999). Ce calcul long et minutieux ne sera pas
réalisé pour cette étude.
Les valeurs de Rn(LW) sont systématiquement négatives pour les deux sites
car la surface glacier ou du sol nu rayonne toujours plus que l'atmosphère
(figure VIL5). En effet la température moyenne de la voûte céleste possède
des valeurs largement négatives.
Les valeurs du site Charquini sont plus fortes en valeur absolue, le site
rayonne plus que le site Zongo du fait de la température du sol nettement
supérieur à celle du glacier: DOC (le sol ne gèle jamais sur Charquini sur la
période observée). Cette différence de rayonnement net grandes longueurs
d'ondes est constante durant toute l'année.
La température du sol nu variant très peu et celle du glacier restant
constante (c'est un glacier dit homéotherme c'est à dire à la température du
point de fusion de la glace (WAGNON, 1999)), leur énergie radiative émise en
grande longueur d'ondes reste constante toute l'année.
Mais pour les deux sites, la valeur de Rn(LW) varie avec une saisonnalité
marquée étant en général plus forte en valeur absolue en saison sèche.
La quantité d'énergie radiative grandes longueurs d'ondes émise par
l'atmosphère est contrôlée par le couvert nuageux. En effet, lorsque le ciel
est nuageux, celui-ci rayonne à la température des nuages, c'est à dire à une
valeur proche de DOC. Si le ciel est clair, sa température est beaucoup plus
froide, est celui-ci rayonne beaucoup plus faiblement.
Dans la Vallée du Zongo, le couvert nuageux présente de fortes variations
durant l'année. Le ciel est très couvert en saison humide et il est très clair en
saison sèche. Ainsi, si on considérer le radiation émise par les surface
avoisinantes comme constante, le rayonnement grandes longueurs d'ondes
arrivant au sol dans la vallée, présente la même saisonnalité que la
couverture nuageuse.
Les moyennes décadaires de la Rn(LW) permettent de repérer les périodes de
forts couverts nuageux sur la région. On retrouve un pic au mois de juillet
qui correspond à la couverture nuageuse exceptionnelle due au front polaire.
0.0,-----------------------------
-50.0
..
~, ,,", ...... -.
t-----------,';<---=;------+----------------,
!,
-100.0
1
...-7------+-,.:...~-'-+-------------=-0'-----1"
t----,:-,:-:-'\::",.,.
r
•
f\
!.
",
.~
1
E -150.0 t-+--':---+-------.------7!------1~~...;..--"':----'-~--------'
~
~m'o
•
.,'
:.
!\
-',/
+-:-__-----:----7-----',~r_f_V_-----'I-----+-------;.------:--_+l_---..!...--_____:_---1
0
"
~
'i
~ -250.0
t-----1----f-------+-+------+-+--+-+----+----"
-DJ,O
++-+---+--------t-f---------,I++---++-----'r-+-+-f------é
.3!ilJ,O
t----t-;;F------L:.=.:..:..:==----------+--+----I-----------'------;
-4OO,O+--~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
~ § § ~ ~ § § § ; ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ §
~
~ ~ §
~
~
§
~ ~ ~ ~ ~
ê ~ ~ ~ _
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ë _ ~ _ ~ ~
Figure Vl1.5. Moyenne décadaire de la radiation nette grandes longueurs d'ondes du 26/10/2002
au 15/10/203 sur les sites de Charquini et du Zongo
N
51
VII.3 Radiation nette toutes longueurs d'ondes et synthèse
La radiation nette toutes longueurs d'ondes reste très élevée vers les valeurs
positives sur le site Charquini contrairement au site du site glacier qui
présente un rayonnement net moyen annuel de 1 W 1m 2 , donc quasi nul
(figure VII.6 & VII.7). Le site Charquini stocke de l'énergie donc de la
chaleur, ce qui est très mauvais pour la tenue de la neige au sol. La
différence entre provient de l'albédo moyen de chaque site. L'albédo est
responsable du stockage ou non de la majeure partie de l'énergie radiative
disponible sur le glacier. Le glacier avec un albédo très élevé, réfléchit
quasiment toute l'énergie solaire qui arrive à sa surface et ainsi se protège
naturellement de la fusion. La corrélation entre le rayonnement net et
l'albédo est importante sur le glacier. C'est donc l'albédo qui contrôle le
stocke d'énergie radiative (SICART et al., 2003) .. L'albédo moyen étant
beaucoup plus faible, la radiation nette du site Charquini présenté des
valeurs largement plus élevées. Donc bien que le site Charquini présente un
bilan radiatif grandes longueurs d'ondes très négatif, le rayonnement net est
très excédentaire. La surface stocke donc de la chaleur et cette chaleur peut
faire fondre immédiatement le manteau neigeux en place. C'est aussi l'albédo
qui contrôle le signe du bilan radiatif sur le site Charquini.
120
/
l'
/ \,,--
90
l
00
c
a:
70
1=:.-1
;'
.'
\"
-~
r
1
0,9
~
\;/
\
\,
\
/
0,8
1 07
\
'
\/
'
0,6
'If
0,5
j
4!
0,4
~
0,1
//~/~//~,/,,/~/~'//
Figure V11.6 Moyenne mensuelles de l'albédo (trait épais) et rayonnement net toutes longueurs d'ondes (trait fin,)
sur le site Charquini de novembre 2001 à octobre 2002.
70
60
50
40
30
~
~ 20
c:
'"
---v
I=:eool
°
-20
0,8
0,7
0,6
0
0,5)
0:
10
-10
0,9
0,4
P
0,3
0,2
0,1
°
52
VIII Conclusions et perspectives
Ce travail a permis de préciser les conditions climatologiques normales d'un
site non englacé dans les Andes Tropicale. Ces conditions se caractérisent
par une forte saisonnalité des précipitations dont 66% se produisent durant
les 4 mois de saison humide et par la très faible, mais significative,
amplitude thermique annuelle. En effet un léger hiver thermique se produit
durant l'été austral. Ces situations climatiques moyennes ont permis de
classer l'année 2001/2002 comme chaude et légèrement sèche.
De nombreuses différences on été mises en évidences entre la zone non
englacée et le site situé sur le glacier du Zongo 350 m plus haut et sur le
versant opposé. La station du glacier subit une domination des vents
catabatiques alors que sur l'autre site ces vents sont totalement
insignifiants. Néanmoins, quelque soit le type d'occupation du sol de chaque
station et leur environnement proche, les vents de vallée reçus dans la
journée sont similaires.
L'analyse de la dynamique des précipitations a remis en cause l'existence du
schéma local généralement admis qui serait à l'origine de ces précipitations
en saison humide. Et, bien qu'il tombe environ 75 % de la neige à 4800 m,
ces chutes ne provoquent jamais la formation d'un manteau neigeux qui
perdure plus dune journée. Par contre à 5150 mètres, le glacier voit
uniquement tomber de la neige. Cette neige bien que se transformant vite,
persiste sur la glace toute l'année.
Le problème est que ces résultats ont été décrits uniquement sur des
analyses très ponctuelles de deux stations d'altitudes différentes. Pour
pouvoir confirmer ces observations, il faudrait maintenant spatialiser ces
connaissances en utilisant, par exemple, des méthodes satellitales d'étude
de l'évolution de l'albédo. De plus, afin d'obtenir de nouvelles informations
sur les différences météorologiques locales entre un sol englacé ou non et de
s'affranchir des effets de différence d'altitude, la station de Charquini va être
déplacée en juillet 2003 à proximité du glacier à environ 5100 m d'altitude.
Ce déplacement aura, aussi pour but, d'aider à la simulation des bilans de
masses des glaciers tropicaux en prenant en compte la neige tombée à
proximité sur les moraines. Ces travaux futurs se feront dans le cadre de
l'Observatoire de Recherche en Environnement (ORE) .Glacioclimll.
Beaucoup d'interrogations demeurent sur la dynamique des perturbations
climatiques à l'origine les précipitations dans la vallêe. Certes, la journée, on
trouve des pics de précipitations avec des vents de surface ayant pour
origine principale le bas de la vallée. Mais ces vents sont ils de bons
indicateurs de l'origine des systèmes précipitants? De plus aucune
suggestion n'a été faite sur l'origine des précipitations nocturnes. Il est donc
nécessaire de réaliser une étude plus complète de la circulation de systèmes
précipitants, par exemple, avec les modèles de réanalyses au pas de temps
journalier de ECMWF (European Center for Medium Range Weather
Forecasts) situé à Readings (Royaume-Uni).
53
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ACEITUNO, P., 1988. On the functionning of the Southem Oscillation in the South America
sector. Part 1: Surface Climate. Monthly Weather Review, 116: 505-524.
BARRY, R.G., 1992. Mountain weather and c1imate. 2nd editions. Library ofCongress
Catalogue-publication-Data.
CABALLERO, Y., 2001. Modélisation des écoulements pluvio-nivo-glaciaires en contexte de
haute montagne Tropicale,thèse de doctorat, U. Sciences et techniques du Languedoc,
Montpellier, 200 pp.
DHONNEUR, G., 1980. Traité de météorologie tropicale. SETIM, Trappes, 150 pp.
FRANCOU, 8., 1993. Hautes montagnes "Passion d'explorations". Pratiques de la
géographie, Paris.
FRANCOU, B., VUILLE, M., WAGNON, P., MENDOZA, 1. and SICART, J.E., 2003.
Tropical c1imate change recorded by glacier of central Andes during the last decades
of the 20th century: Chacaltaya, Bolivie, 16°S. Journal of Geophysical Research,
Submitted.
GARREAUD , R.D., 1999. Multiscale analysis ofthe surnrnertirne precipitations over the
central Andes. Bulletin of American meteorological society, 127: 920-921.
GARREAUD , R.D., 2000. Cold air Incursions over Subtropical South America:Mean
Structure and Dynamics. Monthly Weather Review(128): 2544-2559.
GARREAUD, R.D. and ACEITUNO, P., 2001. Interannual rainfall variability over the South
America Altiplano. Journal ofClimate(12): 2779-2789.
HASTENRATH, S., 1991. C1imates dynamics of the Tropics. lere éditions, Dordecht, 166
pp.
KALNAY , E. et al., 1996. The NCEPINCAR 40-Year réana1ysis Project. Bulletin of
American meteorologica1 society, 77(3): 437-471.
KASER, G. and OSMASTON, H., 1996. Tropical glaciers. Cambridge University Press,
Cambridge, 195 pp.
KISTLER, R. et al., 1999. The NCEPINCAR 50-Year Reanalysis. Bulletin of American
meteorological society, submitted.
LEBLANC, J.-M., 2001. Dynamique de la couverture neigeuse dans les Andes Tropicales,
Mémoire de DEA, U. Sciences et techniques du Languedoc, Montpellier, 52 pp.
LEJEUNE, Y. et al., 2003. Instrumentation et constitution d'une bae de données
météorologiques et ruvologiques dans les Andes, station Charquïtù, 4795 m, Bolivie.
Note de centre- Centre d'étude de la neige, METEO FRANCE, à paraître.
L'HÔTE, Y., CHEVALLIER, P., ETCHEVERS, P., LEJEUNE, Y. and WAGNON, P., 2003.
Pluie ou neige? Dispositif de mesures dans les Andes de Bolivie et premiers résultats.
Hydrological Science Journal.
LLIBOUTRY, L., 1964. Traité de glaciologie. Masson, Paris, 419 pp.
LLIBOUTRY, L., 1999. Glaciers of the dry Andes. USGS professional paper,
bttp:llpubs. usg.gov/prof/p 13 86i/chile-arg/dry/index.html: 1-9.
POUYAUD, 8., FRANCOU, 8. and RlBSTEIN, P., 1995. Un réseau d'observations et de
mesures des glaciers dans les Andes Tropicales. Bulletin de l'Institut français d'études
Andines, 24(3): 707-714.
QUENEY, R., 1974. Eléments de météorologie. Masson, Paris.
RAMIREZ, E., 2003. Interprétation de la variabilité climatique enregistrée dans les carottes
de glace à partir d'isotopes stables de l'eau: cas des Andes Tropicales, thèse de
doctorat, U. Pierre & Marie CURlE, Paris, 163 pp.
RAMIREZ, E., MENDOZA, E. and RlBSTEIN, P., 1995. Regirnen espacial y temporal de las
precipitationes en la Cuenca de La Paz. Bulletin de l'Institut français d'études Andines,
24(3): 391-401.
54
RIBSTEIN, P., TIRIAU, E., FRANCOU, B. and SARAVIA, R, 1995. Tropical clirnate and
glacier hydrology: a case study in Bolivia. Journal ofHydrology, 165: 221-224.
ROCHE, M.-A., ALIAGE RIVIERA, A., CAMPOS, 1. and PENA MENDEZ, J., 1990.
Hétérogénéité des précipitations sur la Cordillère des Andes Boliviennes ,In
Hydrologie in mountanous regions l.hydrological measurements:the water cycle.
IARS publications: 381-386.
RONCHAIL, J., 1989. Advections polaires en Bolivie.
RONCHAIL, J., 1998. Variabilité pluviométrique lors des phases extrême de l'oscillation
australe du Pacifique (1950-1993). Bulletin de l'Institut français d'études Andines,
27(3): 687-698.
ROZANSKI, K. and ARAGUAS, L., 1995. Spatial and temporal variability of stable isotope
composition ofprecipitation over the South America continent. Bulletin de l'Institut
français d'études Andines, 24(3): 379-390.
SICART , J.E., 2001. Contribution à l'étude des flux d'énergie, du bilan de masse, du débit de
fonte d'un glacier tropical: Le Zongo, Bolivie,thèse de doctorat, Université Pierre et
Marie CURIE, Paris, 324 pp.
SICART, J.E., RIBSTEIN, P., FRANCOU, B. and GALLAIRE, R., 2003. Etudes des
précipitations et de la fonte sur un glacier tropical :Le glacier du Zongo ,Bolivie, 16°s.
submited.
SICART, J.E., WAGNON, P. and RIBSTEIN, P., 2003. On the relation between
meteorological conditions and the melting ofouter tropic's glaciers. Journal of
Geophysical Research, submitted.
VUILLE, M., 1999. Atmospheric circulation over the Bolivian Altiplano during dry and wet
period and extreme phases of the Southem Oscillation. International Journal of
Climate(19): 1579-1600.
VUILLE, M., 2000. Interannual c1imate variability in the Central Andes and its relation to
Tropical Pacific and Atlantic forcing. Journal ofGeophysical Research, 105(12): 447460.
WAGNON, P., 1999. Analyse du bilan d'énergie d'un glacier tropical ,application à la
relation glacier-climat, thèse de doctorat, U. Joseph Fourier, Grenoble, 199 pp.
WAGNON, P., SICART, J.E., BERTlllER, E. and CHAZARIN, J.P., 2003. Wintertime
high altitude surface energy balance of a Bolivian Glacier, Illirnani, 6340m above sea
level. Journal of Geophysical Research, In press.
55
RÉSUMÉ
Dans les Andes tropicales boliviennes, l'unité de recherche Great Tce de 11RD a
mis en route le 20 octobre 2001 une station météorologique automatique très
complète sur un site non englacé à 4795 mètres d'altitude. Ce site est situé à
proximité du glacier Zongo étudié depuis 1995.
Cette station a été installée dans le cadre d'un projet du Programme National de
Recherche en Hydrologie (PNRH) en partenariat avec Météo France. Le projet
était intitulé « dynamique de la couverture neigeuse dans les Andes Tropicales»
avec le but de créer une base de données météorologiques et nivologiques propre
à cette région.
Dans ce mémoire, on étudie les conditions climatiques moyennes (température,
précipitations, vent, radiations). Cette étude est réalisée à partir de différents
jeux de données antérieurs et des résultats du modèle de réanalyses
NCEP/NCAR.
De plus, une comparaison des données météorologiques relevées à la station du
PNRH représentant un sol nu avec celles de la station située sur le glacier Zongo
a été réalisée. Enfin, une étude de la dynamique des précipitations et de leurs
différentes phases, ainsi que de la tenue de la neige au sol est faite en
comparant les deux types d'occupation du sol.