1. Assessing the coupled impact of hydrological model structures and snow observations on spring season flow forecasts through data assimilation
- Author
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Trudel, Mélanie, Leconte, Robert, Farhoodi, Sepehr, Trudel, Mélanie, Leconte, Robert, and Farhoodi, Sepehr
- Abstract
Accurate spring flow forecasts, primarily driven by snow accumulation and melt processes, are essential for decision-makers aiming to optimize hydro-electricity production and mitigate potential flood damages in snow-dominated regions. By integrating snowpack data from diverse sources (in-situ, remote sensing, and reanalysis) with modeled snow-related state variables through Data Assimilation (DA), there is the potential to leverage both modeling and observations for more accurate estimation of the resulting spring flow. However, challenges such as the lack of sufficient snow station networks and issues with optical and microwave sensors to provide Snow Water Equivalent (SWE) can hinder progress, particularly in regions with heterogeneous snowpack characteristics. Overcoming these challenges is crucial to realizing the full potential of snow DA in advancing spring flow forecasts. This thesis aims to optimize spring flow forecasting effectiveness using snow DA, where snow-related observations are incorporated into hydrological models. It investigates the best hydrological model structure (a lumped model: HSAMI, and a distributed model: HYDROTEL) for leveraging distributed SWE data provided by SNODAS (SNOw Data Assimilation System) dataset, which serves as the observation. This DA framework is applied on a large, heterogeneous northern Québec watershed (Outardes 4). It does so by updating SWE model states of HYDROTEL and HSAMI using the Ensemble Kalman Filter (EnKF) DA method. The simulated spring flow are then compared to observed spring flow data. Another scope of the thesis is to compare two reanalysis products with varying spatial resolutions and SWE representations (SNODAS and ERA5-Land) for improving 1-day spring flow forecasts in HYDROTEL over a smaller southern Québec watershed (Au Saumon). Finally, the thesis assesses the forecasting skill of the optimal model-observation combination over an extended 30-day forecast horizon using various probabilist, Des prévisions fiable du débit de printemps, principalement influencées par les processus d’accumulation et de fonte de la neige, sont essentielles pour les décideurs visant à optimiser la production hydroélectrique et à atténuer les dommages dus aux inondations dans les régions dominées par la neige. En intégrant les données sur le manteau neigeux provenant de diverses sources (in situ, télédétection et réanalyse) avec les variables d’état modélisées liées à la neige par le biais de l’assimilation de données (AD), il est possible de tirer parti à la fois de la modélisation et des observations pour une estimation plus précise du débit printanier.Cependant, le manque de réseaux de stations et les problèmes avec les capteurs optiques et micro-ondes pour fournir l’equivalent en eau de neige (EEN) peuvent freiner les progrès, notamment dans les régions avec un manteau neigeux hétérogène. Surmonter ces défis est crucial pour exploiter pleinement le potentiel de l’assimilation de données sur la neige dans les prévisions de débits printaniers. Cette thèse vise à optimiser les prévisions de débits printaniers en utilisant l’AD sur la neige, en intégrant les observations de neige dans les modèles hydrologiques. Elle explore la meilleure structure de modèle hydrologique (global : HSAMI, distribué : HYDROTEL) pour exploiter les données distribuées EEN fournies par l’ensemble de données SNODAS (système d’assimilation de données sur la neige), qui sert d’observation. Ce cadre d’AD est appliqué sur un grand bassin versant hétérogène du nord du Québec (Outardes 4). Elle le fait en mettant à jour les états d’EEN du modèle de HYDROTEL et HSAMI en utilisant la méthode d’AD de filtre de Kalman d’ensemble (EnKF). Les débits printaniers simulés sont ensuite comparés aux données de débits printaniers observés. Une autre perspective de la thèse est de comparer deuxproduitsderéanalyse avecdesrésolutions spatiales et des représentations d’EENdifférentes(SNODASetERA5-Land) pour améliorer les
- Published
- 2024