Le bilan énergétique et le gel au sol : une analyse statistique Energy Balance and Ground Frost: A Statiscal Analysis Energiebilanz und Bodenfrost: eine statistische Analyse

RÉSUMÉ

Des mesures régulières détaillées des composantes du bilan radiatif et énergétique et des régimes thermiques et hydrique du sol jusqu'à 5 m de profondeur ont été prises entre les mois d'août 1979 et août 1980 dans une forêt de pins près du lac Hélène, Jamésie. Les analyses statistiques faites sur ces mesures indiquent que la température du sol et, par conséquent, le gel à l'intérieur du sol s'expliquent par les échanges d'énergie radiative et calorifique près de la surface et par l'accumulation de la neige sur la surface. Pour des périodes de temps choisies, les températures du sol sont faiblement corrélées avec le rayonnement solaire (K ↓ ), le flux de chaleur dans le sol (QG) et la température de l'air (TAIR). Lorsque les cumuls de ces variables (∑K ↓, ∑QG et ∑TAIR) ainsi que l'épaisseur de la neige (EPAIS) sont utilisés, les corrélations sont plus fortes. En ce qui a trait à la profondeur du gel, la corrélation est la plus forte avec EPAIS, ∑QG, ∑TAIR et ∑K ↓, en ordre d'importance. D'ailleurs ces variables expliquent plus de 99% de la variance de la profondeur du gel dans le sol.

ABSTRACT

Detailed and regular measurements of the components of the radiation and energy balances and of the thermal and water regimes of the soil to a depth of 5 metres were conducted from August 1979 to August 1980 in an open pine forest near Lac Hélène, James Bay. Statistical analyses deriving from these measurements indicate that temperature conditions and thus seasonal frost in the ground are explainable in terms of radiative and heat energy exchanges near the surface and of snow accumulation at the surface. For selected time periods, ground temperatures are weakly correlated with solar radiation (K ↓ ), soil heat flux (QG) and air temperature (TAIR). When the step-wise summation of these variables (∑K ↓, ∑QG and ∑TAIR) in addition to snow depth (EPAIS) is used, the degree of correlation is significantly increased. As for the depth of frost penetration, the highest degree of correlation is achieved with EPAIS, ∑QG, ∑TAIR and ∑K ↓ in that order. In fact these variables acount for more than 99% of the variance of frost depth.

ZUSAMMENFASSUNG

Detaillierte und regeimassige Messungen der Komponenten der Strahlungsund Energiebilanz und der Wàrme- und Wasserverhàltnisse des Bodens wurden bis zu einer Tiefe von funf Metern durchgefuhrt in einem Kiefernwald in der Nàhe vom Lac Hélène, Jamésie, zwischen August 1979 und August 1980. Die statistischen Analysen dieser Messungen zeigen, daB die Bodentemperatur und folglich der Frost im Boden sich erklàren durch den Austausch von Strahlungs- und Wàrmeenergie nahe der Oberflache und durch die Schneeanhàufung an der Oberflache. Fur ausgewâhlte Zeitabschnitte kônnen die Bodentemperaturen schwach in Wechselbeziehung gesetzt werden zur Sonnenstrahlung (K ↓ ), dem Warmefluss im Boden (QG) und der Lufttemperatur (TAIR). Die Wechselbeziehung ist starker, wenn die Kumulierung dieser Variablen (∑K ↓, ∑QG und STAIR) und zusàtzlich die Schneedichte (EPAIS) benutzt werden. Was die Frosttiefe angeht, ist die Wechselbeziehung am stàrksten mit EPAIS, ∑QG, ∑TAIR und ∑K ↓, in dieser Reihenfolge. Tatsàchlich erklàren dièse Variablen mehr als 99% der Verânderung in der Tiefe des Bodenfrostes.