PaSim et ses applications pour l`étude des impacts du changement
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PaSim et ses applications dans le cadre de l’étude des impacts du changement climatique sur les prairies Anne-Isabelle Graux, Post-doctorante ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Plan Historique de PaSim Ses caractéristiques Ses applications pour l’étude des impacts du changement climatique Quelques pistes pour ORACLE (G. Bellocchi) Historique Research Station Agroscope, Switzerland, Reckenholz 1998 Création Riedo et al. Implémentation en ACSL, paramétrisation et validation pour des conditions suisses Module « Végétation » = HP Model (Thornley and Veberne 1989) Module « Biologie du sol » = CENTURY (Parton et al. 1987) Module « Physique du sol » issu de Soils physics with basic (Campbell et al. 1985) Module « Microclimat » 3 ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Historique Research Station Agroscope, Switzerland, Reckenholz 1998 Riedo et al. 2000 Riedo et al. Création Ajout d’un module « Animal » : ingestion et production laitière au pâturage effets altitude et couverture neigeuse sur le développement et la croissance du couvert 4 ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Historique Research Station Agroscope, Switzerland, Reckenholz 1998 Riedo et al. Création 2000 Riedo et al. 2001-2002 Schmid/Riedo et al. N2O NH3 Cycle de l’N: Production et émission de N2O Volatilisation de NH3 5 ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Historique 1998 Riedo et al. Création 2000 Riedo et al. 2001-2002 2002-2005 Schmid/Riedo et al. Thèse N. Vuichard CH4 N2O NH3 Simulation des émissions de CH4 en fonction de la qualité de l’herbe Sélection de la végétation par les herbivores Révision de la sénescence et des impacts du pâturage sur la dynamique de végétation 6 ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Historique 1998 Riedo et al. Création 2000 Riedo et al. 2001-2002 2002-2005 Schmid/Riedo et al. Thèse N. Vuichard CH4 N2O NH3 c Simulation des émissions de CH4 en fonction de la qualité de l’herbe Sélection de la végétation par les herbivores Révision de la sénescence et des impacts du pâturage sur la dynamique de végétation Optimisation du chargement animal et des surfaces allouées au pâturage Systèmes exclusivement herbagers, autonomes 7 ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Historique 2006 2007-2010 Traduction Thèse AI Graux N ACSL => Fortran 90 2011 En cours… DIVERSITE Légumineuses Traits fonctionnels CHANGEMENT CLIMATIQUE GESTION Fertilisation Fauche, pâturage Simulation de prairies semées (paramétrage & effet labour) Optimisation de l’irrigation, fertilisation N (couplage algo. opti. chargement animal et surfaces allouées au pâturage) Simulation mécaniste de l’ingestion, des performances et des émissions de méthane entérique, complémentation Vaches allaitantes + veaux , vaches laitières, génisses Simulation des interactions de la diversité fonctionnelle avec le changement climatique et la gestion 8 Caractéristiques • ENTREES Nature? Biogéochimique, mécaniste, déterministe • Rayonnement • Précipitation • Température • Pression de vapeur • Vitesse du vent • [CO2], [NH3 ] • Quoi? Réponses fonctionnelles des prairies au climat, à la gestion • Domaine de validité? prairies permanentes ou semées, conditions européennes, races françaises • Texture • pH • Contenu en eau • Conductivité • Densité • Profondeur • MO Végétation • Mono ou plurispécifique • Taux de légumineuses Herbivores • Type (Génisses, vaches allaitantes ou laitières, moutons) • Potentiel laitier • Poids, état, âge à la mise à l’herbe Gestion • Fauche • Pâturage • Fertilisation N (minérale et/ou organique) • Complémentation PaSim Mise à l’équilibre • Entrées? • Echelle: m2 (upcaling) /Pas de temps: ~ 30 min • Sol Climat Sorties? agroenvironnementales SORTIES Flux Etats • GES (CO2, N2O, CH4) • Flux de C, N, H2O & énergie … • Production fourragère • Production laitière, poids et état • Matière organique, contenu en eau du sol ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Gestion optimisée • Fauches • Fertilisation N • Pâturage • Irrigation Structure modulaire Précipitations Rayonnement Température Pressions de vapeur Vitesse du vent Module microclimat • Contenu en eau • Température Module végétation Module physique du sol Module biologie du sol Contenu en eau Température Fertilisation N Déposition N ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 concentration en CO2 concentration en NH3 Caractéristiques végétales Gestion (prescrite) Module animal Gestion (optimisée) Caractéristiques animales Structure modulaire Précipitations concentration concentration Rayonnement en CO2 en NH3 Température • Interception du rayonnement Pressions de vapeur Bilan énergétiqueCaractéristiques du couvert et de la surface du sol Vitesse du• vent végétales Module microclimat Module végétation Module physique du sol Module biologie du sol Contenu en eau Température Fertilisation N Déposition N ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Gestion (prescrite) Module animal Gestion (optimisée) Caractéristiques animales Structure modulaire Précipitations Rayonnement Température Pressions de vapeur Vitesse du vent concentration en CO2 concentration en NH3 Caractéristiques végétales • Croissance & développement • Conductance stomatique Module microclimat Gestion (prescrite) Gestion (optimisée) • Respiration • Absorption racinaire & fixation biologique Module végétation Module physique du sol Module biologie du sol Contenu en eau Température Fertilisation N Déposition N ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Module animal Caractéristiques animales Structure modulaire Précipitations Rayonnement Température Pressions de vapeur Vitesse du vent Module microclimat Module végétation Module physique du sol Module biologie du sol Contenu en eau Température Fertilisation N Déposition N ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 concentration en CO2 concentration en NH3 Caractéristiques végétales Gestion (prescrite) Gestion (optimisée) • Ingestion, performances et CH4 • Complémentation des animaux au pâturage Module animal Caractéristiques animales Structure modulaire Précipitations Rayonnement Température Pressions de vapeur Vitesse du vent Module microclimat concentration en CO2 Caractéristiques végétales Gestion (prescrite) • Concentrations NO3- et NH4+ • Décomposition de la MOS • Volatilisation NH3 • Nitrification et dénitrification Module • Production de N2O Module animal végétation Module physique du sol Module biologie du sol Contenu en eau Température Fertilisation N Déposition N ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 concentration en NH3 Gestion (optimisée) Caractéristiques animales Structure modulaire Précipitations Rayonnement Température Pressions de vapeur Vitesse du vent Module microclimat Module végétation Module physique du sol Module biologie du sol Contenu en eau Température Fertilisation N Déposition N ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 • Optimisation des fauches, de la fertilisation N, de l’irrigation et de la complémentation concentration concentration des animaux en CO en NH3 2 • Optimisation du chargement animal et des Caractéristiques surfaces allouées au pâturage végétales • Gestion (prescrite) Module animal Gestion (optimisée) Caractéristiques animales Applications à l’étude des impacts du CC Modèle conçu dans cet objectif… Riedo et al. (1997) Acta Oecologica 1ères simulations sous changement climatique et [CO2] élevée (conditions suisses) Riedo et al. (1999) Global Change Biology Comparaison des effets individuels et combinés du changement climatique, d’un doublement du [CO2] et de l’acclimatation de la photosynthèse (conditions suisses) Riedo et al. (2000) Ecological Modelling Comparaison des effets individuels et combinés du réchauffement, des changements des précipitations, de l’augmentation progressive du [CO2] avec l’altitude et la gestion (fauche vs grazing) (conditions suisses) Riedo et al. (2001) Climate Research Spatialisation des réponses des prairies aux températures élevées et à un doublement du [CO2] dans le cas d’un paysage alpin ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Applications à l’étude des impacts du CC Plus récemment … Graux et al. (2011) Projections régionalisées des impacts du CC sur les services assurés par les prairies (production fourragère & laitière, séquestration C, drainage) et les rétroactions (GES) => 4 systèmes de prairie, gestion prescrite définie à dire d’expert Système SI Type de prairie Ressources hydriques S Semée Irriguée Légumineuses Fertilisation N (kg N ha-1an-1) PI PE Permanente Pluviale - Pluviale Pluviale 5% 20% 320 200 200 0 Fauches Mi-avril Fin juin Mi-août Mi-octobre Mi-avril Fin juin Mi-août Mi-octobre Mi-avril Début juin - Mi-avril Début juin - Pâturage - - Chargement (UGB ha-1) - - ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 15 jours en été puis en automne 1.5 0.8 Applications à l’étude des impacts du CC Plus récemment … Estimation des risques et des opportunités Comparaison des distributions de probabilité d’excédence des valeurs présentes et futures Calcul des probabilités d’excéder ou d’être en deçà de seuils critiques (relatifs ou absolus) Productivité annuelle Prairies semées irriguées (SI) *** *** Restitution nette d’eau aux nappes ns ** Prairies permanentes extensives (PE) *** *** ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 ns *** Applications à l’étude des impacts du CC Plus récemment … Étude de la réponse des variables étudiées à l’aridité GPP aride Restitution d’eau C:N fourrages Période récente (1970-1999) Futur proche (2020-2049) Futur lointain (2070-2099) GWP humide Indice aridité GPP printemps GPP été ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 GPP automne GPP hiver Applications à l’étude des impacts du CC Les recherches en cours … Evaluation de la capacité du modèle à reproduire le changement climatique (IMAGINE: Impacts du changement climatique sur la biodiversité et le cycle du carbone en prairie) Humidité du sol Température de surface Dispositif mini-face (Clermont-Ferrand) +3°C, sécheresse estivale accrue, +200ppm ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 Respiration du sol Emissions de N2O Applications à l’étude des impacts du CC Les recherches en cours … Evaluation de la capacité du modèle à reproduire les évènements extrêmes (VALIDATE: Vulnérabilité des prairies et des élevages au changement climatique et aux évènements extrêmes Dispositif VALIDATE (Theix) Dispositif factoriel complet C : Témoin T : Climat réchauffé (1°C) et sécheresse estivale +: avec évènement extrême - : sans évènement extrême f : 6 fauches / an i : 3 fauches / an ORACLE – Kickoff Meeting / 30 et 31 Mai 2011 C-i T-i C-f T-f C+i T+i C+f T+f
![Faire feuillet avec tous les besoins II] Comparaison de différents](http://s1.studylibfr.com/store/data/000244886_1-9c3a746935ee55f514fa2156e857d6b4-300x300.png)
