Comme tout résident des climats nordiques le sait, un dégel saisonnier n’est jamais simple. Le processus de gel-dégel peut durer plusieurs mois et a toujours été atténué par la température de l’air et l’épaisseur de la couverture de neige prévisibles.
Le changement climatique, cependant, réchauffe l’air et amincit la neige, et peut donc affecter ce cycle. Selon une nouvelle étude de chercheurs de Concordia publiée dans la revue Rapports scientifiquescela peut avoir des impacts majeurs sur les émissions de gaz à effet de serre dans le nord et les infrastructures urbaines dans le sud.
À l’aide d’un nouveau cadre statistique et en analysant des ensembles de données du National Snow and Ice Data Center, de l’Université de Princeton et du Centre météorologique canadien de Dorval, au Québec, les chercheurs démontrent comment l’augmentation de la température de l’air et la diminution de la couverture de neige fonctionnent en tandem pour augmenter les effets de changement climatique de manière non linéaire, c’est-à-dire qu’ils contribuent à amplifier l’impact global ressenti sur le terrain.
De plus, ils affectent différemment les régions écologiques distinctes du Québec, posant aux décideurs et aux résidents des problèmes uniques.
« Les données historiques montrent qu’il existe un fossé frappant entre les régions du nord du Québec et les parties du sud de la province, où résident la majorité de la population et des actifs du Québec », a déclaré Ali Nazemi, professeur agrégé au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental de Concordia. , et le chercheur principal du projet et co-auteur de l’article. L’auteur principal de l’article est Shadi Hatami, Ph.D., diplômé de Concordia. 21 ans, actuellement stagiaire postdoctoral à McGill.
Aggravation des problèmes
Les chercheurs notent que la température de l’air, la couverture de neige et les cycles de gel-dégel sont étroitement liés. Une épaisse couche de neige agit comme une couverture pour le sol gelé en hiver. À mesure que la couverture de neige diminue, l’air plus chaud pénètre dans le sol et le dégel commence plus tôt.
Dans les régions de l’extrême nord de la province, de tels changements entraînent moins de jours de sol gelé, ce qui signifie qu’il y a une probabilité accrue de rejet de milliers de tonnes de gaz à effet de serre comme le carbone et le méthane dans l’atmosphère.
Ces gaz ajoutés agiront pour intensifier les effets du changement climatique.
Plus au sud, dans les zones plus densément peuplées autour de la vallée du fleuve Saint-Laurent, il y aura plus de jours de transition pendant la saison hivernale, lorsque le sol connaîtra un dégel et un gel, l’eau se dilatant et se contractant à plusieurs reprises à mesure que les températures augmentent et baissent. Cela exercera une pression supplémentaire sur les routes, les ponts et les infrastructures hydrauliques déjà fragiles.
« En calculant ces réponses non linéaires, nous pouvons essayer de quantifier le nombre de jours gelés de moins que nous verrons dans le nord et le nombre de jours de transition supplémentaires que nous verrons dans le sud en cas de changements de température et d’épaisseur de neige », explique Nazemi.
« Cela nous donne un moyen d’estimer combien de tonnes de gaz supplémentaires seront rejetées dans l’atmosphère et à quelle détérioration supplémentaire de notre infrastructure nous pouvons nous attendre. »
Un retour rapide est également possible
Tout comme la hausse des températures et l’amincissement de la couverture de neige entraînent une amplification du dégel dans les zones écologiques de la province, les auteurs soulignent que l’inverse est également vrai, mais avec moins d’intensité que le réchauffement.
En fait, des températures de l’air plus basses et une plus grande couverture de neige peuvent également entraîner un gel amplifié et un rebond plus rapide, où le nombre de jours de gel dans le nord et le nombre de jours de transition dans le sud reviendraient plus près de la moyenne historique.
Nazemi pense que la force de cet article dépend de ses puissantes mathématiques et de la quantité de données rendues disponibles grâce à diverses technologies telles que la télédétection par satellite.
De nombreuses études antérieures ont prédit une augmentation des émissions de gaz à effet de serre résultant du dégel du pergélisol, mais elles étaient souvent basées sur des tentatives de reproduction de la physique du phénomène dans de petites zones avec de nombreuses hypothèses.
La nouvelle méthode s’appuie sur la théorie des probabilités et la fonction statistique basée sur des données recueillies à partir de pixels à l’échelle de 25 km x 25 km du territoire québécois.
« Nous avons apporté cette nouvelle analyse mathématique pour quantifier certains facteurs qui n’avaient pas été quantifiés auparavant », dit-il. « Nous sommes maintenant en train d’étendre cette méthodologie pour couvrir toute la région du Canada et de l’Alaska. »
Shadi Hatami et al, Les changements composés de température et d’épaisseur de neige conduisent à des réponses asymétriques et non linéaires dans le gel-dégel du paysage, Rapports scientifiques (2022). DOI : 10.1038/s41598-022-06320-6