Bilan hydrique du Canada
Le Canada se classe troisième au monde en terme de ressources renouvelables en eau douce. L'analyse de séries chronologiques historiques du débit partout au Canada et des taux de recharge des eaux souterraines dans l'Est du Canada révèle que ces deux éléments ont baissé d'environ 10 % au cours de la deuxième moitié du XXe siècle. Dans les régions où l'humidité n'est pas un facteur limitant, ce phénomène pourrait s'expliquer par des hausses de l'évapotranspiration dues à la tendance au réchauffement de la planète. Une hausse de l'évapotranspiration pourrait signifier une baisse nette des ressources renouvelables en eau si les précipitations n'augmentent pas. Une réduction des ressources renouvelables en eau pourrait avoir des effets considérables sur la disponibilité de l'eau dans les provinces des Prairies, qui sont relativement arides. De plus, les régions du pays qui dépendent des eaux souterraines pour leurs activités municipales et agricoles pourraient avoir besoin d'une infrastructure supplémentaire (puits plus profonds ou nouvelles conduites d'alimentation en eau) si l'évapotranspiration continue d'augmenter.
L'évapotranspiration est définie comme étant l'échange net de vapeur d'eau entre la surface de la Terre et l'atmosphère. Elle comprend la transpiration, la rosée, l'évaporation et la sublimation, et elle constitue une part importante du cycle de l'eau. Au Canada, entre 25 et 95 % de l'eau reçue sous forme de précipitations quitte la surface de la Terre par évapotranspiration. En ce sens, l'évapotranspiration peut dépasser, et le fait souvent, le débit annuel. Cependant, contrairement au débit, il n'existe pas de méthode directe pour mesurer l'évapotranspiration sur de grandes superficies.
Objectifs
Ce projet fournira, pour la première fois, des estimations pancanadiennes de l'évapotranspiration annuelle pour la période de 1960 à 2000, ces estimations étant fondées sur une méthode de modélisation numérique à l'aide de données sur la couverture terrestre et le climat observé.
Méthodes
Le modèle EALCO (Ecological Assimilation of Land and Climate Observations - assimilation écologique d'observations sur les terres et le climat), un modèle de simulation numérique validé et détaillé, est utilisé pour estimer les bilans hydriques historiques et projetés. Les tendances prévues en matière d'évapotranspiration sont également établies grâce à des modèles de simulation numérique fondés sur une gamme de prévisions des conditions climatiques établies par le modèle de circulation générale (MCG) dans le cadre de différents scénarios d'émission.
Résultats
- Entre 1960 et 2000, l'évapotranspiration a augmenté de façon constante dans la plupart des zones climatiques du Canada, à l'exception des Prairies.
Figure 1. Tendances en matière d'évapotranspiration à des stations climatiques de grande qualité partout au Canada entre 1960 et 2000.
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Figure 2. Stations climatiques où les tendances historiques en matière d'évapotranspiration (entre 1960 et 2000) sont significativement différentes du cas « sans changement », d'après une analyse statistique des résultats du modèle.
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L'augmentation de l'évapotranspiration est liée à la température dans le Sud du Canada et à la hausse du rayonnement total dans le Nord du pays. En comparaison, aucune tendance généralisée à la hausse n'est observée dans les Prairies principalement en raison du fait que les précipitations, qui n'ont jusqu'à maintenant montré aucune tendance importante au fil du temps, limitent l'évapotranspiration réelle. Les données climatiques à long terme pour la zone climatique de l'Arctique sont actuellement insuffisantes pour justifier une confiance élevée à l'égard des tendances historiques.
- Les changements projetés sur le plan de l'approvisionnement en eau des Prairies, fondés sur les tendances en matière de précipitations moins l'évapotranspiration, n'indiquent pas de hausses, ni de baisses importantes avec un niveau de confiance élevé.
Figure 3. Tendances modélisées en matière de climat et de ressources renouvelables en eau au XXIe siècle pour un secteur de 50 km x 50 km à proximité de huit emplacements dans les Prairies.
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[GIF, 20.9 ko, 720 X 960, avis]Les ressources renouvelables en eau peuvent être estimées à l'aide de moyennes à long terme des précipitations annuelles moins l'évapotranspiration. Nous avons utilisé nos modèles d'évapotranspiration avec des données climatiques de trois MCG pour chacun des trois scénarios climatiques (A1 – conditions normales; A2 – taux d'émission accrus; B1 – taux d'émission réduits) pour les émissions entre 2000 et 2100. Les tendances en matière de précipitations moins l'évapotranspiration varient en fonction de l'emplacement, du scénario climatique et même du MCG utilisé pour préciser le climat projeté. Les tendances à la hausse en matière d'approvisionnement en eau sont souvent plus fréquentes que les tendances à la baisse, sauf à Medicine Hat, où les conditions du sol et de la couverture terrestre donnent toujours lieu à une évapotranspiration élevée dans le cadre des essais. Il convient de noter que l'incertitude liée à la plupart des tendances modélisées est semblable à celle des résultats de modélisation (~0,5 mm/année).
- L'utilisation de modèles plus simples pour estimer l'évapotranspiration réelle peut souvent entraîner des biais considérables dans les estimations des tendances en matière d'approvisionnement en eau.
Figure 4. Comparaison des tendances modélisées en matière de ressources renouvelables en eau au moyen de modèles de l'évapotranspiration potentielle (axe des abscisses) ou de l'évapotranspiration réelle (axe des ordonnées). Les tendances pour l'évapotranspiration potentielle sont fondées sur des données climatiques tirées du MCG canadien pour un scénario d'émission intensif (A2) pour le XXIe siècle. Les tendances pour l'évapotranspiration réelle sont fondées sur trois modèles différents (MCG canadien, MCG du US National Centre for Atmospheric Research et modèle Hadley Centre Coupled Model -HADCM3).
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D'autres études ont comporté l'utilisation d'autres estimations numériques de l'évapotranspiration qui ignorent la couverture terrestre (évapotranspiration potentielle ou précipitations moins l'évapotranspiration) ou qui prennent pour acquis une couverture terrestre fixe sans tenir compte de l'emplacement ou du climat (évapotranspiration de référence). Dans le présent projet, nous comparons des estimations des ressources renouvelables en eau, en terme de précipitations moins l'évapotranspiration, à l'aide de notre modèle numérique détaillé et des estimations publiées dans Schindler et Donahue (2006) et fondées sur un modèle plus simple de l'évapotranspiration potentielle. Les estimations à l'aide du modèle d'évapotranspiration potentielle permettent de prévoir des baisses considérables (~200 mm sur 100 ans ou 2 mm/année) de l'approvisionnement en eau dans les Prairies correspondant à presque la moitié des précipitations disponibles. En comparaison, nos estimations créent un nuage autour du niveau qui équivaut à aucun changement, la variation étant due principalement aux conditions de la couverture terrestre et du sol ainsi qu'au MCG utilisé. Les tendances historiques au cours du XXe siècle (voir le point 1 ci-dessus) tendent à appuyer nos estimations.
- Les changements projetés sur le plan de l'approvisionnement en eau dans les zones où les précipitations totales sont historiquement élevées indiquent souvent des baisses de la disponibilité de l'eau, même si l'ampleur des baisses varie en fonction du scénario climatique et des données du MCG utilisés.
Figure 5. Prévisions du rapport entre l'évapotranspiration et les précipitations (a) et de le débit de base (b) (écoulement souterrain dans les cours d'eau et les rivières) pour le bassin hydrographique de la rivière Annapolis, d'après les résultats fournis par le modèle EALCO à partir de différentes prévisions du MCG pour différents scénarios climatiques (A1 – conditions normales; A2 – taux d'émission accrus; B1 – taux d'émission réduits).
En comparaison avec les Prairies, nos prévisions indiquent des tendances à la baisse en matière de ressources renouvelables en eau dans les zones du Sud du Canada où les précipitations sont importantes. Par exemple, la fraction évaporée (définie comme étant le rapport entre l'évapotranspiration et les précipitations) dans le bassin hydrographique de la rivière Annapolis en Nouvelle-Écosse devrait augmenter au cours du XXIe siècle. Cette augmentation sous-entend une diminution de l'écoulement souterrain dans les cours d'eau (débit de base), même si l'ampleur de la baisse modélisée dépend du scénario climatique adopté et du MCG utilisé pour produire des prévisions climatiques pour notre modèle du bilan hydrique dans le cadre de chaque scénario.
- Estimations historiques de l'évapotranspiration : Soutenir l'environnement et les ressources pour les Canadiens
- Tendances historiques en matière d'évapotranspiration au Canada : Trends in land evapotranspiration over Canada for the period 1960-2000 based on in-situ climate observations and a land surface model (Fernandes et al.) Abstract
- Veuillez communiquer avec M. Richard Fernandes pour obtenir des détails sur les tendances historiques et projetées en matière d'approvisionnement en eau.
- Ce projet a été appuyé par les programmes « Réduire la vulnérabilité du Canada au changement climatique » et « Renforcer la résilience face aux changements climatiques » de Ressources naturelles Canada, l'Initiative RÉSEAU de Gouvernement en direct et l'Agence spatiale canadienne.