Modèle de neige

Cemaneige est un module de prise en compte de la neige à 2 paramètres développé pour la modélisation hydrologique. Il a été mis au point dans les travaux de thèse de Valéry (2010).

Cemaneige permet de simuler l’évolution du couvert neigeux sur un bassin versant, et d’en estimer la fonte. Le module a été testé avec plusieurs modèles hydrologiques globaux fonctionnant en simulation, dont le modèle GR4J, et avec le modèle de prévision GRP fonctionnant au pas de temps journalier (Nicolle, 2010).

Le fonctionnement de CemaNeige sur un pas de temps est le suivant :

• Dans un premier temps, une discrétisation du bassin en cinq zones altitudinales d’égales surfaces est réalisée. Cela permet de tenir compte des gradients orographiques et permet une évolution différenciée du manteau neigeux en fonction de l’altitude.

• Ensuite, les données d’entrée sont extrapolées à chaque bande d’altitude notée z. Le module neige n’utilise comme données d’entrée que les précipitations et la température. Une transformation de la précipitation de bassin est effectuée, selon une formule faisant intervenir un facteur de correction altitudinal constant. Les températures moyennes du bassin sont également extrapolées en s’appuyant sur un gradient altitudinal qui peut varier selon le jour j considéré.
• Le module neige procède ensuite à la différenciation des précipitations liquides et solides, suivant l’altitude médiane du bassin versant considéré pour chaque bande d’altitude.
• Dans chaque bande d’altitude, la neige est stockée au sein d’un réservoir conceptuel qui représente le manteau neigeux de la bande d’altitude. Ce réservoir est alimenté uniquement par la fraction solide des précipitations. Le manteau neigeux présente un état thermique qui permet de retarder le déclenchement de la fonte.
• Une fonction de transfert permet de calculer la lame de fonte écoulée, issue du stock de neige, qui va être intégrée au modèle hydrologique, en plus de la fraction liquide des précipitations. Le module commence par calculer une lame de fonte potentielle (quantité maximale de neige susceptible de fondre) selon la méthode degrés-jour, à partir de l’état thermique du manteau et de la température. La fonte effective (la quantité réelle de neige qui fond) dépend de plusieurs facteurs : la fonte potentielle calculée précédemment, la surface enneigée et la vitesse de fonte minimum quand le stock est très faible. La quantité de neige fondue est ensuite soustraite au réservoir de neige pour l’actualiser.
• Enfin, la lame d’eau transmise au modèle hydrologique comprend la fraction liquide déterminée précédemment, à laquelle est ajoutée la lame de fonte.

Cemaneige a deux paramètres libres à caler :

• CTG, le coefficient de pondération (adimensionnel) de l’état thermique du manteau, compris entre 0 et 1,
• Kf, le facteur degré-jour (en mm.°C^-1.j^-1), généralement compris entre 2 et 6 mm.°C^-1.j^-1.