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57 results on '"David Ramier"'

1. An Investigation of the Accuracy of EC5 and 5TE Capacitance Sensors for Soil Moisture Monitoring in Urban Soils-Laboratory and Field Calibration

Author

Tala Kanso, Marie-Christine Gromaire, David Ramier, Philippe Dubois, and Ghassan Chebbo

Subjects
calibration methods, manufacturer calibration, soil storage, soil water content, sustainable drainage systems, Chemical technology, TP1-1185
Abstract

Recently, emphasis has been placed on finding a reliable estimation of soil water content. In this study, two capacitance sensors EC5 and 5TE (METER Group) were utilized. These sensors provide many benefits relative to other sensors in that they are cost-effective and very economical regarding energy use, operate at a high measurement frequency of 70 MHz, and are dedicated to measuring at a small volume because of their small size. This makes them suitable for the context of use in this research, which consists of multiple sustainable drainage systems SuDS. Several studies have evaluated these two types of sensor but not for urban soils with specific characteristics. In addition, results from the literature are divergent and the published calibration data are limited. Therefore, an in-depth investigation of their accuracy is assessed in this paper. At first, the literature’s existing procedures and methods were examined. The sensor-to-sensor variability, as well as repeatability, were tested in soil and solutions. Additionally, a field calibration method was conducted to estimate the effects of soil texture on sensors readings. Two laboratory calibration methods having different principles were also applied, compared to each other and to the field calibration as well. Results revealed weak sensor-to-sensor variability (coefficient of variation up to 15% in soil) and also good repeatability (0.1%), for both sensors. A soil-specific calibration equation has improved the estimation of the volumetric water content. In case of soil having high field bulk density, the undisturbed soil calibration method described and proposed in this paper gives promising results. The latter method yields a volumetric water content (VWC) prediction accuracy of 0.025 m3∙m−3 on a sandy loam soil. This paper presents a large knowledge of capacitance sensors measurement technique as well as their calibration procedures and methods. Limitations of existing procedures have been identified and key elements for selecting the appropriate one are suggested. Derived calibration equations have also been provided for three urban soils with different particle size distribution, ranging from sandy loam to silt loam. Accurate monitoring of soil moisture content in urban soils is thus achievable.

Published
2020
Full Text
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2. Horizontal and Vertical Variability of Soil Hydraulic Properties in Roadside Sustainable Drainage Systems (SuDS)—Nature and Implications for Hydrological Performance Evaluation

Author

Tala Kanso, Damien Tedoldi, Marie-Christine Gromaire, David Ramier, Mohamed Saad, and Ghassan Chebbo

Subjects
infiltration measurements, pedotransfer functions, saturated hydraulic conductivity, soil hydraulic properties, spatial variability, sustainable drainage systems, road runoff, Hydraulic engineering, TC1-978, Water supply for domestic and industrial purposes, TD201-500
Abstract

Sustainable drainage systems (SuDS) have become a promising solution for increasing imperviousness by reducing water runoff volumes and flow rates, and improving water quality. However, the efficiency of these systems is dependent on soil hydraulic and physical properties, which in turn are spatially variable; however, this variability has been sparsely documented for urban areas, especially for road-side SuDS. In this study, the spatial variability of soil hydraulic properties, along with the uncertainty of these properties due to estimation methods, were investigated for three roadside SuDS in France (Paris region). Estimation methods were based on both in-situ infiltration tests and pedotransfer functions (PTFs). Results show high spatial variability in saturated hydraulic conductivity Ks (up to 160% coefficient of variation), which is dominant relative to uncertainties in PTFs predictions and those induced by experimental errors. Many specific factors might be responsible for this variability, especially in the urban context, such as construction techniques, CaCO3 precipitation, and vegetation development. In order to evaluate the effects of this variability on hydrological performance, a hydrological model of a bioretention cell was tested. Simulations revealed that peak flows and volumes are highly affected by the spatial variability of soil hydraulic properties; notably, vertical variability increases the overflow by 50%. The number of infiltration measurements required to evaluate a representative average Ks with an uncertainty of a factor of two or less was found to be four/eight, depending on the studied site. This study provides considerable insight into the spatial variability of soil hydraulic properties and its implications for hydrological performance of roadside SuDS, as it is based on a sound understanding of both theory and practice.

Published
2018
Full Text
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7. An Investigation of the Accuracy of EC5 and 5TE Capacitance Sensors for Soil Moisture Monitoring in Urban Soils-Laboratory and Field Calibration

Author

Marie-Christine Gromaire, Tala Kanso, Philippe Dubois, Ghassan Chebbo, David Ramier, Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), and Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema)

Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences, Calibration (statistics), Soil texture, calibration methods, 0208 environmental biotechnology, Soil science, Context (language use), 02 engineering and technology, lcsh:Chemical technology, 01 natural sciences, Biochemistry, Article, manufacturer calibration, Analytical Chemistry, lcsh:TP1-1185, Electrical and Electronic Engineering, Instrumentation, Water content, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences, sustainable drainage systems, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, soil water content, Repeatability, 6. Clean water, Atomic and Molecular Physics, and Optics, 020801 environmental engineering, Loam, Soil water, Environmental science, Capacitance probe, soil storage
Abstract

Recently, emphasis has been placed on finding a reliable estimation of soil water content. In this study, two capacitance sensors EC5 and 5TE (METER Group) were utilized. These sensors provide many benefits relative to other sensors in that they are cost-effective and very economical regarding energy use, operate at a high measurement frequency of 70 MHz, and are dedicated to measuring at a small volume because of their small size. This makes them suitable for the context of use in this research, which consists of multiple sustainable drainage systems SuDS. Several studies have evaluated these two types of sensor but not for urban soils with specific characteristics. In addition, results from the literature are divergent and the published calibration data are limited. Therefore, an in-depth investigation of their accuracy is assessed in this paper. At first, the literature&rsquo, s existing procedures and methods were examined. The sensor-to-sensor variability, as well as repeatability, were tested in soil and solutions. Additionally, a field calibration method was conducted to estimate the effects of soil texture on sensors readings. Two laboratory calibration methods having different principles were also applied, compared to each other and to the field calibration as well. Results revealed weak sensor-to-sensor variability (coefficient of variation up to 15% in soil) and also good repeatability (0.1%), for both sensors. A soil-specific calibration equation has improved the estimation of the volumetric water content. In case of soil having high field bulk density, the undisturbed soil calibration method described and proposed in this paper gives promising results. The latter method yields a volumetric water content (VWC) prediction accuracy of 0.025 m3∙m&minus, 3 on a sandy loam soil. This paper presents a large knowledge of capacitance sensors measurement technique as well as their calibration procedures and methods. Limitations of existing procedures have been identified and key elements for selecting the appropriate one are suggested. Derived calibration equations have also been provided for three urban soils with different particle size distribution, ranging from sandy loam to silt loam. Accurate monitoring of soil moisture content in urban soils is thus achievable.

Published
2020

8. Large Aperture Scintillometer measurements above a large green roof to assess the evapotranspiration flux

Author

Ioulia Tchiguirinskaia, Pierre-Antoine Versini, Olivier Bonin, Leydy Alejandra Castellanos Diaz, David Ramier, Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Laboratoire Ville, Mobilité, Transport (LVMT ), École des Ponts ParisTech (ENPC)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM), Laboratoire Ville, Mobilité, Transport (LVMT), École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Gustave Eiffel, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC), and CASTELLANOS DIAZ, Leydy Alejandra

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, Convection, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, Energy flux, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, Sensible heat, Atmospheric sciences, Thermal conduction, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, law.invention, 13. Climate action, Scintillometer, law, Evapotranspiration, Latent heat, 11. Sustainability, [SDE]Environmental Sciences, Environmental science, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, Urban heat island
Abstract

The challenges induced by the continuous urbanization and the climate change effects, such as extreme events (e.g. flooding or heat waves) or the intense increase of the urban temperatures (Urban Heat Island), encourage the implementation of Blue and Green Solutions (BGS). These solutions are inspired by the nature, favouring natural process in the cities like water infiltration or evapotranspiration (ET), reducing air temperature during heatwaves events.Characterize the thermal behavior governing a BGS is necessary to promote their implementation. Consequently, this research studies the energy fluxes –and particularly the evapotranspiration one- of a 1 ha wavy-shape green roof located in Champs-Sur-Marne (France), called Blue Green Wave (BGW). Therefore, a Large Aperture Scintillometer MKI, a CNR4 radiometer and 4 Type K thermocouples were installed on the BGW to measure the sensible heat flux of convection, the net radiation and the heat conduction into the soil substrate. The latent heat flux of ET was deduced from the energy balance.Each LAS unit was placed on the highest locations of the roof with about 100 m of distance between them. Diaphragms for short-range applications were placed in front of the units. The measurements were conducted on sunny and randomly days during the 2019 summer over an average time period of 7 hours.It appears that LAS sensible heat flux measurements on completely sunny days follow the net radiation flux trend. However, on cloudy days important flux fluctuations are noticed. Therefore, a sensitivity analysis was carried out to illustrate the significant correlation between the wind and the sensible heat flux during short time periods. In parallel, the heat conduction was analysed through a thermal gradient of temperature and a Fourier analysis demonstrating a poor conduction rate mainly on drier conditions of the BGW.Finally, the deduced latent heat was compared with the measurements of a dynamic evaporation chamber, confirming a significant over estimation of the latent heat computed from the energy balance. This can be explained by the sum of uncertainties related to each energy flux component, in addition to the restraint conditions of LAS measurement operation on the BGW (application over the limits of MOST theory). A multifractal analysis to determinate the temporal and spatial scaling behaviour of latent heat flux is ongoing.

Published
2020

9. Evaluation of the relative roles of a vegetative filter strip and a biofiltration swale in a treatment train for road runoff

Author

David Ramier, Philippe Branchu, Marie-Christine Gromaire, Kelsey Flanagan, Flanagan, Kelsey, laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), and Graie

Subjects
Environmental Engineering, biofiltration, Filter strip, Rain, 0208 environmental biotechnology, 02 engineering and technology, infiltration, Poaceae, Water Purification, Soil characteristics, filter strip, Water Movements, Water Science and Technology, Hydrology, sustainable drainage systems, Swale, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, road runoff, Humidity, modeling, Models, Theoretical, 6. Clean water, 020801 environmental engineering, Vegetative filter strip, Infiltration (hydrology), 13. Climate action, Biofilter, Environmental science, treatment train, Environmental Pollutants, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, France, Surface runoff, Filtration
Abstract

In order to determine the relative importance of a vegetative filter strip and a biofiltration swale in a treatment train for road runoff, US EPA SWMM was used to model infiltration and runoff from the filter strip. The model consists of a series of subcatchments representing the road, the filter strip and the side slopes of the swale. Simulations were carried out for different rain scenarios representing a variety of climatic conditions. In addition, a sensitivity analysis was conducted for the model's different parameters (soil characteristics and initial humidity, roughness, geometry…). This exercise showed that for the system studied, the majority of road runoff is managed by the filter strip rather than the biofiltration swale, an effect observed especially during periods of low-intensity rainfall. Additionally, it was observed that the combination of infiltration of road runoff in the filter strip and direct rainfall on the system leads to a significant and variable dilution of the runoff reaching the swale. This result has important implications for evaluating the treatment efficiency of the system., Afin de déterminer l'importance relative d'une bande enherbée dans un ouvrage combiné bande enherbée-fossé de biofiltration de traitement des eaux de ruissellement de voirie, le ruissellement et l'infiltration au niveau de la bande enherbée ont été modélisés avec US EPA SWMM. Le modèle consiste en une série de sous-bassins versants représentant la route, la bande enherbée et le talus du fossé. Des simulations ont été menées pour différents scenarios de pluies représentant une variété de conditions climatiques et en menant une analyse de sensibilité sur les différents paramètres du modèle (nature du sol, humidité initiale, rugosité, géométrie…). Cet exercice a montré que pour le système étudié, la grande majorité de l'eau est gérée par la bande enherbée et non pas par le fossé de biofiltration dans lequel peu d'eau arrive, notamment quand l'intensité de la pluie est faible. De plus, il a été observé que la combinaison de l'infiltration de l'eau de voirie sur la bande enherbée et de l'apport en précipitation directe sur l'ouvrage conduit à une dilution significative et variable de l'eau atteignant le fossé. Ces résultats ont des implications importantes pour l'évaluation de l'efficacité épuratoire du système.

Published
2016

10. Development of a Guideline for Evaluating the Performance of Multi-objective Sustainable Drainage Systems (SuDS)

Author

Kelsey Flanagan, Sébastien Ah-Leung, Laëtitia Bacot, Alexandre Bak, Sylvie Barraud, Philippe Branchu, Castebrunet, H., Nina Cossais, Bernard de Gouvello, José-Frédéric Deroubaix, Robin Garnier, Marie-Christine Gromaire, Anne Honegger, Pascale Neveu, Julien Paupardin, Pierre-Emmanuel Peyneau, David Ramier, Fabrice Rodriguez, Véronique Ruban, Martin Seidl, Eric Thomas, Lucie Varnede, laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Environnement Ville Société (EVS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon), Groupe de Recherche Rhône Alpes sur les Infrastructures et l'Eau (GRAIE), Déchets Eaux Environnement Pollutions (DEEP), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Mutations des Territoires en Europe (MTE), Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), STEA de la Ville de Paris, parent, Conseil départemental Seine-Saint-Denis, Direction de l'eau et de l'assainissement, France, Eau et Environnement (IFSTTAR/GERS/EE), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM), Department of Water and Environment, Laboratoire Central de Ponts et Chaussées, École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Saint-Dizier Environnement, DEA du Département de la Seine-Saint-Denis, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), ECOVEGETAL, Flanagan, Kelsey, Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), Environnement, Ville, Société (EVS), and École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE)

Subjects
SuDS, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE]Environmental Sciences, [SDU.STU.HY] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, stormwater, methodology, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE.ES] Environmental Sciences/Environmental and Society, guidelines, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, performance, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

Evaluating the performance of sustainable drainage systems (SuDS) in a field context presents a number of methodological problems. For this reason, as a part of three French research projects focused on this type of evaluation, Matriochkas, Micromegas and Roulepur, a working group on methodological harmonisation was established in order to facilitate the inter-comparison of results between the projects and propose a methodological guideline for practitioners carrying out such evaluations. The guideline proposes an approach where performance is evaluated with respect to a service function that the SuDS aims to achieve, itself identified from local issues. Its first section presents the various service functions which may be assigned to these devices. Next, performance indicators are defined for a selection of the identified service functions, common within the French context and studied as a part of the three projects. Three categories of indicators are identified: hydrologic indicators (relative to water flows), pollutant indicators and socio-technical indicators. Examples of instrumentation and of the application of the proposed indicators drawn from the experience of the three projects are also presented., L'évaluation in situ des performances des ouvrages de maîtrise à la source des eaux pluviales pose un grand nombre de questions d'ordre méthodologique. Ainsi, dans le cadre de trois projets de recherche français dédiés à ce type d'évaluation, Matriochkas, Micromegas et Roulépur, un groupe de travail sur l'harmonisation des méthodes a été constitué afin de faciliter l'inter-comparaison des résultats issus des projets, mais aussi de rédiger un guide méthodologique à destination des acteurs opérationnels pouvant être amenés à faire ce type d'étude. Ce guide propose une démarche où la performance est évaluée pour chaque fonction de service visée pour l'ouvrage, en réponse à des enjeux locaux. La première partie du guide détaille les fonctions de service pouvant être attendues de ce type d'ouvrage. Ensuite, des indicateurs de performance sont déclinés pour une sélection de fonctions de service couramment rencontrées dans le contexte français et qui ont pu être abordées au cours des projets. Ces indicateurs se regroupent en trois catégories : les indicateurs hydrologiques (relatifs aux flux d'eau), les indicateurs pollutifs (relatifs aux polluants) et les indicateurs sociotechniques. Le guide s'appuie sur des exemples issus des trois projets pour présenter des cas pratiques de dispositifs métrologiques et d'application des indicateurs proposés.

Published
2019

11. Le développent d'un guide méthodologique pour l'évaluation des performances des ouvrages de maîtrise à la source des eaux pluviales

Author

Kelsey Flanagan, Sébastien Ah-Leung, Laëtitia Bacot, Alexandre Bak, Sylvie Barraud, Philippe Branchu, Hélène Castebrunet, Nina Cossais, Bernard de Gouvello, José-Frédéric Deroubaix, Robin Garnier, Marie-Christine Gromaire, Anne Honegger, Pascale Neveu, Julien Paupardin, Pierre Emmanuel Peyneau, David Ramier, Fabrice Rodriguez, Véronique Ruban, Martin Seidl, Eric Thomas, Lucie Varnede, laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Environnement Ville Société (EVS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe de Recherche Rhône Alpes sur les Infrastructures et l'Eau (GRAIE), Saint-Dizier Environnement, Déchets Eaux Environnement Pollutions (DEEP), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), STEA de la Ville de Paris, parent, DEA du Département de la Seine-Saint-Denis, Eau et Environnement (IFSTTAR/GERS/EE), Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM), DPR Ville de Saint-Denis, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), and PRES Université Nantes Angers Le Mans (UNAM)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)

Subjects
[SPI]Engineering Sciences [physics], RECOMMANDATION, DRAINAGE, SUSTAINABLE DRAINAGE SYSTEMS, SYSTEMES DE DRAINAGE DURABLES, EAU PLUVIALE, PERFORMANCE, GUIDELINES, METHODOLOGY, STORMWATER, METHODOLOGIE
Abstract

Novatech 2019, LYON, FRANCE, 01-/07/2019 - 05/07/2019; Evaluating the performance of sustainable drainage systems (SuDS) in a field context presents a number of methodological problems. For this reason, as a part of three French research projects focused on this type of evaluation, Matriochkas, Micromegas and Roulepur, a working group on methodological harmonisation was established in order to facilitate the inter-comparison of results between the projects and propose a methodological guideline for practitioners carrying out such evaluations. The guideline proposes an approach where performance is evaluated with respect to a service function that the SuDS aims to achieve, itself identified from local issues. Its first section presents the various service functions which may be assigned to these devices. Next, performance indicators are defined for a selection of the identified service functions, common within the French context and studied as a part of the three projects. Three categories of indicators are identified: hydrologic indicators (relative to water flows), pollutant indicators and socio-technical indicators. Examples of instrumentation and of the application of the proposed indicators drawn from the experience of the three projects are also presented.; L'évaluation in situ des performances des ouvrages de maîtrise à la source des eaux pluviales pose un grand nombre de questions d'ordre méthodologique. Ainsi, dans le cadre de trois projets de recherche français dédiés à ce type d'évaluation, Matriochkas, Micromegas et Roulépur, un groupe de travail sur l'harmonisation des méthodes a été constitué afin de faciliter l'inter-comparaison des résultats issus des projets, mais aussi de rédiger un guide méthodologique à destination des acteurs opérationnels pouvant être amenés à faire ce type d'étude. Ce guide propose une démarche où la performance est évaluée pour chaque fonction de service visée pour l'ouvrage, en réponse à des enjeux locaux. La première partie du guide détaille les fonctions de service pouvant être attendues de ce type d'ouvrage. Ensuite, des indicateurs de performance sont déclinés pour une sélection de fonctions de service couramment rencontrées dans le contexte français et qui ont pu être abordées au cours des projets. Ces indicateurs se regroupent en trois catégories: les indicateurs hydrologiques (relatifs aux flux d'eau), les indicateurs pollutifs (relatifs aux polluants) et les indicateurs sociotechniques. Le guide s'appuie sur des exemples issus des trois projets pour présenter des cas pratiques de dispositifs métrologiques et d'application des indicateurs proposés.

Published
2019

12. Suivi du fonctionnement d’une toiture végétalisée stockante

Author

Emmanuel Berthier, Cédric Payet, David Ramier, Houssin, E., Nuttens, L., Filipp, R., Nalin, V., Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), and Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema)

Subjects
[SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2019

13. Monitoring and sampling methodology of source control systems for environmental assessment in Lyon, Nantes and Paris

Author

Garnier, R., Castebrunet, H., Fardel, A., Flanagan, K., M-C, Gromaire, David Ramier, Rodriguez, F., Barraud, S., Déchets Eaux Environnement Pollutions (DEEP), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Eau et Environnement (GERS-LEE ), Université Gustave Eiffel, and Garnier, Robin

Subjects
MICROPOLLUTANT, [SPI.GCIV.CD]Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Construction durable, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, STORMWATER CONTROL MEASURES, SOURCE CONTROL, [SPI.GCIV.CD] Engineering Sciences [physics]/Civil Engineering/Construction durable, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, MONITORING, MICROPOLLUANT
Abstract

IWA 2018, World Water Congress and Exhibition , Tokyo, JAPON, 16-/09/2018 -; Stormwater control measures (SCM) are nowadays widespread and municipalities encourage their implementation in order to reduce runoff volumes and loads of micropollutants (MP), such as PAHs and metals. However, very few studies have highlighted their removal efficiency regarding less known MP such as pesticides, PBDEs, alkyphenols, etc. Several research projects in France were undertaken in order to better understand the capacity of SCMs to handle these emerging micropollutants and prescribe tools and guidelines to improve their design and construction. Three of these projects, MATRIOCHKAS (Nantes), MICROMEGAS (Lyon) and ROULÉPUR (Paris), decided to work together in order to cover the largest possible range of systems and contexts of use. The current paper presents the monitoring and sampling procedures for several different source control experimental sites across France.

Published
2018

14. Hydrological Modelling of a Road-Side Vegetated Filter Strip: Validation of a Coupled 2D Subsurface Flow and 1D Overland Flow Model

Author

Marie-Christine Gromaire, David Ramier, Ghassan Chebbo, and Tala Kanso

Subjects
Hydrology, Filter (large eddy simulation), Hydrus, Filter strip, Hydrological modelling, Environmental science, Subsurface flow, Preferential flow, Surface runoff, Water content
Abstract

Vegetated filter strips (VFS) are commonly employed as a best management practice to treat road runoff. In order to understand the long-term hydrologic behaviour of a road-side VFS, a coupled HYDRUS 2-D subsurface and 1D overland flow model was used. This model was validated over an 8 months period based on five soil moisture sensors readings. Results show good agreement between simulations and measurements for some sensors. Conversely, a discrepancy was identified for other sensors at particular periods. This outcome leads to a better understanding of the actual hydrological performance, such as a probable occurrence of preferential flow.

Published
2018

15. Horizontal and Vertical Variability of Soil Hydraulic Properties in Roadside Sustainable Drainage Systems (SuDS)—Nature and Implications for Hydrological Performance Evaluation

Author

Damien Tedoldi, David Ramier, Mohamed Saad, Ghassan Chebbo, Marie-Christine Gromaire, Tala Kanso, laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Université Libanaise - Faculté de Génie, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), and Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema)

Subjects
lcsh:Hydraulic engineering, 0208 environmental biotechnology, Geography, Planning and Development, Soil science, Context (language use), 02 engineering and technology, pedotransfer functions, Aquatic Science, Biochemistry, lcsh:Water supply for domestic and industrial purposes, Hydraulic conductivity, Pedotransfer function, lcsh:TC1-978, 11. Sustainability, Drainage, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, Water Science and Technology, lcsh:TD201-500, sustainable drainage systems, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, soil hydraulic properties, saturated hydraulic conductivity, road runoff, 15. Life on land, 6. Clean water, 020801 environmental engineering, Infiltration (hydrology), Bioretention, 13. Climate action, [SDE]Environmental Sciences, Environmental science, Spatial variability, infiltration measurements, spatial variability, Surface runoff
Abstract

Sustainable drainage systems (SuDS) have become a promising solution for increasing imperviousness by reducing water runoff volumes and flow rates, and improving water quality. However, the efficiency of these systems is dependent on soil hydraulic and physical properties, which in turn are spatially variable, however, this variability has been sparsely documented for urban areas, especially for road-side SuDS. In this study, the spatial variability of soil hydraulic properties, along with the uncertainty of these properties due to estimation methods, were investigated for three roadside SuDS in France (Paris region). Estimation methods were based on both in-situ infiltration tests and pedotransfer functions (PTFs). Results show high spatial variability in saturated hydraulic conductivity Ks (up to 160% coefficient of variation), which is dominant relative to uncertainties in PTFs predictions and those induced by experimental errors. Many specific factors might be responsible for this variability, especially in the urban context, such as construction techniques, CaCO3 precipitation, and vegetation development. In order to evaluate the effects of this variability on hydrological performance, a hydrological model of a bioretention cell was tested. Simulations revealed that peak flows and volumes are highly affected by the spatial variability of soil hydraulic properties, notably, vertical variability increases the overflow by 50%. The number of infiltration measurements required to evaluate a representative average Ks with an uncertainty of a factor of two or less was found to be four/eight, depending on the studied site. This study provides considerable insight into the spatial variability of soil hydraulic properties and its implications for hydrological performance of roadside SuDS, as it is based on a sound understanding of both theory and practice.

Published
2018
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16. Use of green roofs to solve storm water issues at the basin scale – Study in the Hauts-de-Seine County (France)

Author

Pascal Jouve, Bernard de Gouvello, Emmanuel Berthier, Pierre-Antoine Versini, David Ramier, Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Conseil Général des Hauts-de-Seine, Direction de l'Eau, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), and Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema)

Subjects
green roof, Scale (ratio), Hydrological modelling, 0208 environmental biotechnology, Geography, Planning and Development, Stormwater, Green roof, 02 engineering and technology, scale study, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, Flooding, 11. Sustainability, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, Roof, Water Science and Technology, Urban runoff, Hydrology, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, sewage network, Flooding (psychology), Storm, hydrological modelling, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, 6. Clean water, 020801 environmental engineering, SWMM, 13. Climate action, Environmental science
Abstract

International audience; At the building scale, green roof has demonstrated a positive impact on urban runoff (decrease in the peak discharge and runoff volume). This work aims to study if similar impacts can be observed at basin scale. It is particularly focused on the possibility to solve some operational issues caused by storm water.For this purpose, a methodology has been proposed. It combines: a method to estimate the maximum roof area that can be covered by green roof, called green roofing potential, and an urban rainfall-runoff model able to simulate the hydrological behaviour of green roof.This methodology was applied to two urban catchments affected one by flooding and the other one by combined sewage overflow. The results show that green roof can reduce the frequency and the magnitude of such problems depending on the covered roof surface. Combined with other infrastructures, they represent an interesting solution for urban water management.

Published
2015

17. Mesure Et Modelisation Du Bilan Hydrologique D’une Noue Filtrante En Bordure De Voirie

Author

Tala Kanso, David Ramier, Marie-Christine Gromaire, Ghassan Chebbo, École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Université Libanaise - Faculté de Génie, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), and Kanso, Tala

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE]Environmental Sciences, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2016

18. Mesurer l'efficacité des techniques alternatives pour la maîtrise des flux polluants: un challenge métrologique. Le cas de quatre dispositifs innovants suivis dans le cadre du projet ROULÉPUR

Author

David Ramier, Emilie Caupos, Alexandre Bak, Philippe Branchu, Philippe Dubois, Kelsey Flanagan, Pierre Georgel, Pascale Neveu, Julien Paupardin, Tina Ratovelomanana, Mohammed Saad, Martin Seidl, Eric Thomas, Marie-Christine Gromaire, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), LIRA - Laboratoire International de Recherches en Arts - EA 7343 (LIRA), Université Sorbonne Nouvelle - Paris 3, Ville de Paris, and Gromaire, Marie-Christine

Subjects
[SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering
Abstract

Urban water is composed of a complex matrix of micropollutants produced by traffic and contributes to the degradation of the aquatic bodies without treatment before discharge toward the environment. Various solutions are available to manage or treat these pollutants loads. However, an in-situ evaluation of the efficiency of these solutions is still necessary. Within the framework of the ROULÉPUR project, four innovative source control solutions for the micropollutant loads stemming from runoff on urban streets are tested. These solutions are: i) a compact decantation/filtration/adsorption device, the STOPPOL ® 10CKF, Saint Dizier Environnement, ii) non-infiltrating stormwater biofilters, iii) vegetative filter strips and biofiltration/infiltration swales and iv) a vegetative pervious parking lot. Assessment of performance of these solutions requires measurement of both, quality and quantity of water at the inlet and outlet of each device over a period of at least one year. Continuous measurements that are also comparable between devices are quite difficult to achieve in the harsh urban environment. This paper seeks to present difficulties encountered and solutions in order to have accurate measurement for the four devices., Les eaux de voiries et parkings sont constituées d'une matrice complexe de micropolluants d'origines multiples (émissions liées au trafic et à l'environnement urbain – chauffage, usure du mobilier urbain, des bâtiments...), qui contribuent à la dégradation des milieux aquatiques lorsqu'elles ne sont pas traitées avant rejet. Diverses solutions techniques existent pour la maîtrise, voire un traitement à la source de ces flux polluants. Leur efficacité en termes d'abattement des micropolluants demande cependant à être évaluée in-situ. Dans le cadre du projet Roulépur, quatre solutions innovantes de maîtrise à la source des flux de micropolluants générés par le ruissellement sur les voiries urbaines sont testées. Ces quatre solutions sont : i) un dispositif compact de décantation/filtration/adsorption, le STOPPOL ® 10CKF de Saint Dizier Environnement, ii) des filtres plantés horizontaux non infiltrants, iii) des bandes enherbées et des fossés filtrants/infiltrants et iv) un parking perméable végétalisé Ecovégétal. L'évaluation de ces solutions nécessite des mesures combinées, de quantité et qualité des eaux, en entrée et en sortie de chaque dispositif, et ce pour des périodes de temps au moins annuelles. La nécessité d'avoir des mesures en continu et comparables entre les différentes solutions dans des environnements contraints complique la mise en oeuvre de l'instrumentation. L'objectif de cette communication est de présenter les difficultés liées à cette instrumentation et les solutions envisagées.

Published
2016

19. Transfert of pollutants from an on-site waste water treatment to the ground water: a case study

Author

Martin Seidl, David Ramier, Behzad Nasri, Olivier Fouché, Bordignon, Frédérique, laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains ( LEESU ), and AgroParisTech-École des Ponts ParisTech ( ENPC ) -Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 ( UPEC UP12 )

Subjects
[ SDE ] Environmental Sciences, [SDE] Environmental Sciences, [SDE]Environmental Sciences, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2016

20. Spatio-temporal surface soil heat flux estimates from satellite data; results for the AMMA experiment at the Fakara (Niger) supersite

Author

S. Saux-Picart, Jérôme Demarty, Catherine Ottlé, Mehrez Zribi, David Ramier, Bernard Cappelaere, Fabienne Maignan, Anne Verhoef, Ty Murray, Nicolas Boulain, University of Reading (UOR), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Plymouth Marine Laboratory (PML), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Plant Functional Biology and Climate Change Cluster (C3), University of Technology Sydney (UTS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Plymouth Marine Laboratory, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Atmospheric Science, Earth observation, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Meteorology, Soil texture, Energy balance, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, Sahel, Meteorology & Atmospheric Sciences, Leaf area index, MSG, Land surface temperatures MSG Soil heat flux AMMA Sahel, Water content, 0105 earth and related environmental sciences, Land surface temperatures, Global and Planetary Change, Forestry, 04 agricultural and veterinary sciences, Vegetation, 15. Life on land, Arid, Soil heat flux, 13. Climate action, Extinction (optical mineralogy), 040103 agronomy & agriculture, 0401 agriculture, forestry, and fisheries, Environmental science, AMMA, Agronomy and Crop Science
Abstract

This paper describes a method that employs Earth Observation (EO) data to calculate spatiotemporal estimates of soil heat flux, G, using a physically-based method (the Analytical Method). The method involves a harmonic analysis of land surface temperature (LST) data. It also requires an estimate of near-surface soil thermal inertia; this property depends on soil textural composition and varies as a function of soil moisture content. The EO data needed to drive the model equations, and the ground-based data required to provide verification of the method, were obtained over the Fakara domain within the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) program. LST estimates (3 km x 3 km, one image 15 min(-1)) were derived from MSG-SEVIRI data. Soil moisture estimates were obtained from ENVISAT-ASAR data, while estimates of leaf area index, LAI, (to calculate the effect of the canopy on G, largely due to radiation extinction) were obtained from SPOT-HRV images. The variation of these variables over the Fakara domain, and implications for values of G derived from them, were discussed. Results showed that this method provides reliable large-scale spatiotemporal estimates of G. Variations in G could largely be explained by the variability in the model input variables. Furthermore, it was shown that this method is relatively insensitive to model parameters related to the vegetation or soil texture. However, the strong sensitivity of thermal inertia to soil moisture content at low values of relative saturation (

Published
2012

21. Effects of soil moisture gradients on the path and the intensity of a West African squall line

Author

Bernard Cappelaere, Chiel C. van Heerwaarden, Dirk Wolters, Jordi Vilà-Guerau de Arellano, and David Ramier

Subjects
Atmospheric Science, Severe weather, Climatology, Mesoscale meteorology, Environmental science, Spatial variability, Precipitation, Monsoon, Squall line, Water content, Mesoscale convective complex
Abstract

During the West African monsoon season, precipitation is strongly coupled to soil moisture availability. This interaction is generally understood as a positive feedback mechanism, and has been considered on very different spatial and temporal scales. Past research has mainly focused on this feedback in terms of the effects on general precipitation patterns, not on a single convective system. In this research, a single squall line is reproduced using the Weather Research and Forecasting Advanced Research (WRF-ARW) mesoscale weather model. Model results are analyzed and compared with surface and upper-air observations. A sensitivity analysis on the influence of soil moisture on the squall line is performed through five numerical experiments. In four experiments, soil moisture is increased or decreased with respect to a control experiment. This is done in two manners: by affecting soil moisture most strongly in the wetter places in the modelled domain and by affecting soil moisture most strongly in the drier places. Minor deviations occur in the path of the squall line after modifying soil moisture most strongly in the wetter places. Systematic deviations occur in its path after increasing soil moisture most strongly in the drier places. A mechanism is proposed that connects the applied soil moisture modifications to larger-scale flow patterns that determine the path of the squall line. In all five experiments, the precipitation intensity of the squall line strongly declines when the system moves towards western areas with lower soil moisture values. It is concluded that a positive effect of local soil moisture on precipitation intensity in passing squall lines is likely on the considered length-scale of 100 km. Until now, this mechanism has only been shown for much smaller spatial scales. Copyright c

Published
2010

22. Caractérisation hydrologique de l'interface Sol-Végétation-Atmosphère Groupe de travail sur l'hydrologie du Plateau de Saclay

Author

Philippe Maugis, Béguinel, P., Saint-Jalmes, M., Berthier, E., Li, Y., David Ramier, Dumont, E., Marlin, C., Pessel, M., Quantin, C., Durand, V., Gibert, E., Erwan Personne, Caroline Petit, Christine Aubry, Lemaire, Bruno J., Agnès Ducharne, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AgroParisTech, Sciences pour l'Action et le Développement : Activités, Produits, Territoires (SADAPT), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Mutations Espace Travail et Emploi Industries et Services Stratégies (METIS), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ProdInra, Archive Ouverte, and Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU)

Subjects
[SDV] Life Sciences [q-bio], [SDV]Life Sciences [q-bio]
Abstract

absent

Published
2015

23. Assessment of the hydrological impacts of green roof: From building scale to basin scale

Author

Emmanuel Berthier, B. de Gouvello, David Ramier, Pierre-Antoine Versini, Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), and Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB)

Subjects
Hydrology, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, Hydrological modelling, sewage network, Green roof, Structural basin, hydrological modelling, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, 6. Clean water, flooding, 13. Climate action, SWMM, 11. Sustainability, Environmental science, Hydrometeorology, Precipitation, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, Surface runoff, Roof, Water Science and Technology, Urban runoff
Abstract

International audience; At the building scale, the use of green roof has shown a positive impact on urban runoff (decrease and slowdown in peak discharge, decrease in runoff volume). The present work aims to study whether similar effects are possible at the basin scale and what is the minimum spreading of green runoff needed to observe significant impacts. It is particularly focused on the circumstances of such impacts and how they can contribute to storm water management in urban environment. Based on observations on experimental green roofs, a conceptual model has been developed and integrated into the SWMM urban rainfall-runoff model to reproduce the hydrological behaviour of two different types of green roof. It has been combined with a method defining green roofing scenarios by estimating the maximum roof area that can be covered. This methodology has been applied on a long time series (18 years) to the Châtillon urban basin (Haut-de-Seine county, France) frequently affected by urban flooding. For comparison, the same methodology has been applied at the building scale and a complementary analysis has been conducted to study which hydrometeorological variables may affect the magnitude of these hydrological impacts at both scales. The results show green roofs, when they are widely implemented, can affect urban runoff in terms of peak discharge and volume, and avoid flooding in several cases. Both precipitation – generally accumulated during the whole event-and the initial substrate saturation are likely to have an impact on green roof effects. In this context, the studied green roofs seem useful to mitigate the effects of usual rainfall events but turn out being less helpful for the more severe ones. We conclude that, combined with other infrastructures, green roofs represent an interesting contribution to urban water management in the future.

Published
2015

24. The TERRACES project – A collaborative work to understand the role of vegetative green roof in refreshing the urban ambiances

Author

Rémi Claverie, Julien Bouyer, Maeva Sabre, Julie Schwager, Mucig, C., David Ramier, Emmanuel Berthier, Emna Sellami-Kaaniche, A Versini, P., Bernard de Gouvello, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville - FR 2488 (IRSTV), Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-EC. ARCHIT. NANTES-Université d'Angers (UA)-Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), GEMCEA, F-54500 Vandoeuvre Les Nancy, France, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Centre-Est (Cerema Direction Centre-Est), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Université d'Angers (UA)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-École nationale supérieure d'architecture de Nantes (ENSA Nantes)-La Rochelle Université (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Versini, Pierre-Antoine

Subjects
[SDU.STU.ME] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDU.STU.HY] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE.ES] Environmental Sciences/Environmental and Society, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2015

25. Monitoring infiltration under a real on-site treatment system of domestic wastewater and evaluation of soil transfer function (Paris Basin, France)

Author

Olivier Fouché, Behzad Nasri, David Ramier, Conservatoire National des Arts et Métiers - CNAM (FRANCE), Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement - CEREMA (FRANCE), Ecole des Ponts ParisTech (FRANCE), Laboratoire Géomatique et foncier (GeF), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), and HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)-HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)

Subjects
Hydrodynamic properties, Soil test, Soil texture, Mécanique des fluides, Hydraulic conductivity, Soil Science, Soil science, Pedotransfer function, [SPI.MECA.MEFL]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Fluids mechanics [physics.class-ph], Field capacity, Environmental Chemistry, Water content, Earth-Surface Processes, Water Science and Technology, Hydrology, Global and Planetary Change, Macropore, Geology, Pollution, 6. Clean water, Colluvium soil, Infiltration (hydrology), Soil water
Abstract

International audience; The problematic of evacuation of treated domestic wastewater has been investigated through a field study on a real undrained on-site treatment system (UOSTS). This system imposes a special mode of infiltration into the soil which is irregular. In order to characterize the hydraulic properties of this type of flow, soil texture, organic matter content and in situ saturated hydraulic conductivity (Ks) were measured for each of 15 m² of soil under the bottom of the UOSTS. In addition, the variation of water table and rainfall and the evolution of soil moisture and matrix potential were monitored by using the sensors implanted under the system. The mean of the measured Ks is 100 times higher than values deduced from empirical pedotransfer functions based on the soil matrix properties. The measured Ks vary greatly on the 15 m² area. Moreover, large and variable quantities of stone fragments (> 2 mm) were found in the soil samples. These results suggest that a heterogeneous flow may occur in the stony soil via the macropores which shortcut the soil matrix. Indeed, according to their position, a non-uniform reaction of the sensors to the infiltration of treated wastewater was observed. In addition, two daily periodic peaks of water consumption in the house have been detected by the water content and tensiometer probes, confirming that the saturation rate is controlled by infiltration and not the water table.

Published
2014

26. An urban lysimeter to assess runoff losses on asphalt concrete plates

Author

Emmanuel Berthier, David Ramier, Hervé Andrieu, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CETE Ile-de-France, Département ville durable, and Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)

Subjects
Pollution, 010504 meteorology & atmospheric sciences, media_common.quotation_subject, 0207 environmental engineering, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Rainwater harvesting, Geochemistry and Petrology, 11. Sustainability, Geotechnical engineering, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, Urban heat island, 020701 environmental engineering, 0105 earth and related environmental sciences, Urban runoff, media_common, Hydrology, business.industry, 6. Clean water, Asphalt concrete, Infiltration (hydrology), Geophysics, 13. Climate action, Lysimeter, Environmental science, ACL-EB, business, Surface runoff
Abstract

Hydrological behaviour of roads concerns environmental issues, as pollution by rainwater runoff or urban heat island, and road safety issues. The few studies devoted to the subject concluded that runoff losses are non-negligible and poorly understood. The objective of the study is to better describe runoff losses over asphalt concrete plates of around 0.5 m 2 area. An urban lysimeter has been developed to measure by weighing the partition of rainfall on the plate: storage at the surface and in the pore of the plate, surface runoff, infiltration at the bottom of the plate and evaporation at the surface of the plate. Three plates have been tested outdoor during 5 months each. One of them is a porous asphalt concrete. Results show that runoff losses are significant. They represent 30% of the rain for the traditional plates and 84% of the rain for the porous plate. Losses are mainly due to infiltration (58%) and evaporation (25%) for the porous plate. For traditional plates, evaporation is similar to the one measured for the porous (25% of the rainfall), but infiltration at the bottom is negligible (3%).

Published
2004

27. Surface response to rain events throughout the West African monsoon

Author

Bernard Cappelaere, Françoise Guichard, Jérôme Demarty, Franck Timouk, Manuela Grippa, Fabienne Lohou, Christophe Peugeot, Laurent Kergoat, Aaron Boone, Christopher M. Taylor, David Ramier, Jean-Martial Cohard, Sylvie Galle, Laboratoire d'aérologie (LAERO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Géosciences Environnement Toulouse (GET), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Centre d'études techniques de l'équipement Ile-de-France (CETE Ile-de-France), Avant création Cerema, Centre for Ecology and Hydrology [Wallingford] (CEH), Natural Environment Research Council (NERC), Laboratoire d'aérologie (LA), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), CEH, Wallingford, Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique (LHEEA), École Centrale de Nantes (ECN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), and Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Perennial plant, 0207 environmental engineering, 02 engineering and technology, Monsoon, 01 natural sciences, Latitude, lcsh:Chemistry, Meteorology and Climatology, Vegetation type, Surface response, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, Water content, 0105 earth and related environmental sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph], 15. Life on land, Plant functional type, lcsh:QC1-999, West african, lcsh:QD1-999, Climatology, [SDE]Environmental Sciences, Environmental science, lcsh:Physics
Abstract

This study analyses the response of the continental surface to rain events, taking advantage of the long-term near-surface measurements over different vegetation types at different latitudes, acquired during the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) by the AMMA-CATCH observing system. The simulated surface response by nine land surface models involved in AMMA Land Model Intercomparison Project (ALMIP), is compared to the observations. The surface response, described via the evaporative fraction (EF), evolves in two steps: the immediate surface response (corresponding to an increase of EF occurring immediately after the rain) and the surface recovery (characterized by a decrease of EF over several days after the rain). It is shown that, for all the experimental sites, the immediate surface response is mainly dependent on the soil moisture content and the recovery period follows an exponential relationship whose rate is strongly dependent on the vegetation type (from 1 day over bare soil to 70 days over forest) and plant functional type (below and above 10 days for annual and perennial plants, respectively). The ALMIP model ensemble depicts a broad range of relationships between EF and soil moisture, with the worst results for the drier sites (high latitudes). The land surface models tend to simulate a realistic surface recovery for vegetated sites, but a slower and more variable EF decrease is simulated over bare soil than observed.

Published
2014

28. Building a field- and model-based climatology of local water and energy cycles in the cultivated Sahel - annual budgets and seasonality

Author

Bernard Cappelaere, Nicolas Boulain, G. Charvet, Josiane Seghieri, Y. Nazoumou, Nathalie Benarrosh, Marie Boucher, B. Maidaji, David Ramier, I. Mainassara, H. Yahou, C. Velluet, Guillaume Favreau, Florent Arpin-Pont, J. P. Chazarin, Hassane Bil-Assanou Issoufou, Ali Mahamane, Isabelle Braud, Jérôme Demarty, M. Oi, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Université de Maradi, and Université Abdou Moumouni [Niamey]

Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences, 0207 environmental engineering, Energy flux, Context (language use), 02 engineering and technology, Land cover, 01 natural sciences, lcsh:Technology, lcsh:TD1-1066, Evapotranspiration, medicine, lcsh:Environmental technology. Sanitary engineering, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, lcsh:Environmental sciences, 0105 earth and related environmental sciences, 2. Zero hunger, lcsh:GE1-350, Land use, lcsh:T, lcsh:Geography. Anthropology. Recreation, 15. Life on land, Seasonality, medicine.disease, Water resources, lcsh:G, 13. Climate action, [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Climatology, Environmental science, Surface runoff
Abstract

In the sub-Saharan Sahel, energy and water cycling at the land surface is pivotal for the regional climate, water resources and land productivity, yet it is still very poorly documented. As a step towards a comprehensive climatological description of surface fluxes in this area, this study provides estimates of long-term average annual budgets and seasonal cycles for two main land use types of the cultivated Sahelian belt: rainfed millet crop and fallow bush. These estimates build on the combination of a 7-year field data set from two typical plots in southwestern Niger with detailed physically based soil–plant–atmosphere modeling, yielding a continuous, comprehensive set of water and energy flux and storage variables over this multiyear period. In the present case in particular, blending field data with mechanistic modeling makes the best use of available data and knowledge for the construction of the multivariate time series. Rather than using the model only to gap-fill observations into a composite series, model–data integration is generalized homogeneously over time by generating the whole series with the entire data-constrained model simulation. Climatological averages of all water and energy variables, with associated sampling uncertainty, are derived at annual to sub-seasonal scales from the time series produced. Similarities and differences in the two ecosystem behaviors are highlighted. Mean annual evapotranspiration is found to represent ~82–85% of rainfall for both systems, but with different soil evaporation/plant transpiration partitioning and different seasonal distribution. The remainder consists entirely of runoff for the fallow, whereas drainage and runoff stand in a 40–60% proportion for the millet field. These results should provide a robust reference for the surface energy- and water-related studies needed in this region. Their significance and the benefits they gain from the innovative data–model integration approach are thoroughly discussed. The model developed in this context has the potential for reliable simulations outside the reported conditions, including changing climate and land cover.

Published
2014

29. FAVEUR: un modèle réservoir pour aider à la conception des toitures végétalisées pour la gestion des eaux pluviales urbaine

Author

Emmanuel Berthier, David Ramier, A Versini, P., Pierre Pinta, Safitri, L., Bernard de Gouvello, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet TEAM (Cerema Equipe-projet TEAM), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), and Versini, Pierre-Antoine

Subjects
[SDU.STU.ME] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDU.STU.HY] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE.ES] Environmental Sciences/Environmental and Society, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2014

30. ANALYSE DU FONCTIONNEMENT HYDROLOGIQUE DE TOITURES VEGETALISEES : OBSERVATIONS ET MODELISATION

Author

David Ramier, Berthier, E., Gallis, D., Dussuchale, A., Pinta, P., Pa Versini, Bernard de Gouvello, Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Bordignon, Frédérique, and Ramier, David

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, observations, [SDE]Environmental Sciences, [SDU.STU.HY] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, eaux pluviales, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, toitures végétalisées, modélisation
Abstract

National audience; Les toitures végétalisées sont devenues une technique de gestion des eaux pluviales de plus en plus diffusée. Afin d'optimiser l'utilisation de cette technique, il est nécessaire de quantifier ses performances vis-à-vis du ruissellement, d'appréhender la variabilité de ces dernières et fournir un outil d'aide au choix de toitures les plus adaptées en fonction d'objectifs définis de gestion des eaux pluviales. Pour cela, un suivi de deux ans a été réalisé sur 6 différentes toitures végétalisées. Ce suivi a permis de confirmer la capacité des toitures à diminuer le ruissellement mais a aussi mis en évidence les fortes variations inter-évènements des capacités de rétention, suivant les saisons et le type de la toiture. A partir des données acquises lors de ce suivi, un modèle fonctionnel nommé FAVEUR-Modèle a été développé. Ce modèle préfigure la base de l'outil d'aide au choix de toitures végétalisées.

Published
2013

31. TERRACES : Toitures vEgétales pour RafRaîchir les Ambiances Climatiques urbainES

Author

Claverie, R., Bouyer, J., Schwager, J., Mucig, C., David Ramier, Berthier, E., Sabre, M., Tétard, Y., Bernard de Gouvello, Pa Versini, Centre d'études techniques de l'équipement Est (CETE Est), Avant création Cerema, laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), and Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB)

Subjects
[SDE]Environmental Sciences
Published
2013

32. How green roof can impact urban runoff? Hydrological impact study from roof scale to basin scale

Author

Pa Versini, David Ramier, Berthier, E., Bernard de Gouvello, laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), and Bordignon, Frédérique

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, [SDE]Environmental Sciences
Published
2013

33. FAVEUR: a functional model to assess hydrological performances of vegetative green roofs

Author

Berthier, E., David Ramier, Pa Versini, Pinta, P., Bernard de Gouvello, laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Centre d'études techniques de l'équipement Ile-de-France (CETE Ile-de-France), Avant création Cerema, Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), and Versini, Pierre-Antoine

Subjects
[SDU.STU.ME] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE]Environmental Sciences, [SDU.STU.HY] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE.ES] Environmental Sciences/Environmental and Society, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2013

34. Design and realisation of a pilot site for monitoring Infiltrated soil water under a real on-site treatment system; evaluation of soil functions

Author

Behzad Nasri, Olivier Fouché, Christophe Saillé, David Ramier, Martin Seidl, laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Conservatoire National des Arts et Métiers [CNAM] (CNAM), Centre d'études techniques de l'équipement Ile-de-France (CETE Ile-de-France), Avant création Cerema, Daniel Thevenot, Thevenot, Daniel, and HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)

Subjects
On-Site Treatment, [SDE.ES] Environmental Sciences/Environmental and Society, Water sampling, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, hydraulic conductivity, preferential flow, soil
Abstract

13 p.; International audience; The knowledge of soil and water movement in vadose zone is essential for a wide range of scientific and practical fields. One of the main but less studied media is the soil under the Undrained On-Site Treatment Systems (UOSTS). In situ monitoring is necessary to interpret most physical and hydric properties of soil and to determine the chemical composition of seepage water as a key aspect in sustainable management of soils. In this paper the design and instrumentation of different hydropedologic sensors in a real UOSTS, for the fist time in France, is presented. One of the main objectives is to extract the soil water samples in different stages of depth under the treatment system. Besides by performing the in situ hydraulic conductivity measurements, monitoring the recorded moisture and matrix potential data of the soil and determining soil physical properties in laboratory, we identify the existence of preferential flow in the heterogeneous soil of the site. As a main result, the executed pilot site is operational from March 2012. Soil water sample collecting and data recording are done regularly from this date. Also In situ permeameter tests give values of the conductivity which are averagely 135 times higher than values deduced from pedotransfer functions. This suggests that preferential flows occur within the soil via macropores shortcutting the matrix. Analysis of the recorded data shows the rapid reaction of the water table to the rainfall and the non-uniform reaction of the tensiometers according to their position. These results together suggest the existence of preferential pathway flux through the sand pack and the underlying soil.

Published
2013

35. TERRACES : Toitures vEgétales pour RafRaîchir les Ambiances Climatiques urbainES

Author

Rémi Claverie, Julien Bouyer, Julie Schwager, Mucig, C., David Ramier, Maeva Sabre, Tétard, Y., Bernard de Gouvello, A Versini, P., Centre d'études techniques de l'équipement Est (CETE Est), Avant création Cerema, GEMCEA, F-54500 Vandoeuvre Les Nancy, France, Centre d'études techniques de l'équipement de Lyon (CETE de Lyon), Centre d'études techniques de l'équipement Ile-de-France (CETE Ile-de-France), Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville - FR 2488 (IRSTV), Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-EC. ARCHIT. NANTES-Université d'Angers (UA)-Université de La Rochelle (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB), Hydrologie, Météorologie et Complexité (HM&Co), École des Ponts ParisTech (ENPC), laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), Université d'Angers (UA)-Université de Nantes (UN)-École Centrale de Nantes (ECN)-École nationale supérieure d'architecture de Nantes (ENSA Nantes)-La Rochelle Université (ULR)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Versini, Pierre-Antoine

Subjects
[SDU.STU.ME] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDU.STU.HY] Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDE.IE] Environmental Sciences/Environmental Engineering, [SDE.ES] Environmental Sciences/Environmental and Society, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDU.STU.ME]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Meteorology, [SDE.ES]Environmental Sciences/Environmental and Society, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2013

36. Modeling effects of inter-annual variability in meteorological and land use conditions on coupled water and energy cycling in the cultivated African Sahel

Author

Cécile Velluet, Jérôme Demarty, Cappelaere, B., Isabelle Braud, Boulain, N., Favreau, G., Charvet, G., David Ramier, Issoufou, H., Boucher, M., Mainassara, I., Chazarin, J. P., Oi, M., Yahou, H., Benarrosh, H., Mariam Ibrahim, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), UTS PLANT FUNCTIONAL BIOLOGY AND CLIMATE CHANGE CLUSTER SYDNEY AUS, Partenaires IRSTEA, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), CETE, UAM NIAMEY NER, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])

Subjects
SAHEL, [SDE]Environmental Sciences
Abstract

International audience; In the dry tropics in general and in the African Sahel in particular, hydro-ecosystems are very sensitive to climate variability and land management. In the Niamey region of South-West Niger, a severe multi-decadal drought together with large-scale vegetation clearing coincided with an unexpected increase in surface and ground water resources. Such an apparent paradoxical situation illustrates the complex way in which climate and land cover interactions control the Sahelian water cycle dynamics. This stresses the importance of understanding and reliably modeling water/energy transfers in the local soil-plant-atmosphere system, under contrasted meteorological and surface conditions. This study investigates the effects of the inter-annual variability of meteorological and land use conditions on the coupled water and energy cycles in the cultivated Sahel over a 5-year period. This is based on a comprehensive multi-year field dataset acquired for a millet crop field and a fallow savannah, the two main land cover types of South-West Niger (Wankama catchment in the mesoscale AMMA-CATCH Niger observatory, part of the French-initiated RBV network). It includes atmospheric forcing, seasonal course of vegetation phenology, soil properties and model validation variables (net radiation, turbulent fluxes, soil heat/water profiles), for the two fields. The study area is typical of Central Sahel conditions, with 400-600 mm annual rainfall concentrated in the 4-5 month wet season. Soils are mainly sandy and prone to surface crusting, leading to a strong vertical contrast in hydrodynamic properties. The SiSPAT process-based model used solves the 1D mass and heat transfer system of equations in the soil, including vapor phase and coupled with a two-component (bare soil and vegetation) water and energy budget at the surface-atmosphere interface. The study explores whether such a model can be accurately calibrated and validated for the two sites using realistic-parameter values. The model is calibrated over a 2-year period and validated over the other three remaining years for the two sites. The variations in water and energy variables over the five contrasted years and between land covers are highlighted. Multi-year, field-based estimations of land surface water and energy budgets are produced, for the first time in this Sahelian region to our knowledge. Given model skills, the model can be applied reliably to much longer periods, reflecting the strong variability that characterizes the Sahel climate.

Published
2012

37. Determination of influent parameters on green roof hydrological behavior

Author

David Ramier, Berthier, E., Bernard de Gouvello, laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), and Bordignon, Frédérique

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, [SDE]Environmental Sciences
Published
2012

38. Local-scale modeling of land surface processes in the cultivated Sahel (AMMA-CATCH Niger)

Author

Cécile Velluet, Jérôme Demarty, Cappelaere, B., Isabelle Braud, Boulain, N., David Ramier, Charvet, G., Issoufou, H., Boucher, M., Mainassara, I., Chazarin, J. P., Oi, M., Yahou, H., Benarrosh, H., Mariam Ibrahim, Favreau, G., Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrologie-Hydraulique (UR HHLY), Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), UTS PLANT FUNCTIONAL BIOLOGY AND CLIMATE CHANGE CLUSTER SYDNEY AUS, Partenaires IRSTEA, Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA), CETE, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)

Subjects
SAHEL, [SDE]Environmental Sciences, NIGER
Abstract

International audience; In the African Sahel, agro-hydro-ecosystems are very sensitive to climate variability and land management. In turn, soil moisture, vegetation and surface fluxes provide substantial feedback on atmospheric convection and rainfall generation. It is very important to understand and correctly model the dynamics of the soil-plant-atmosphere continuum in this region, in response to contrasted meteorological and surface conditions. The aim of this study is to generate a local-scale process-based model of water and energy transfers at the soil-land-atmosphere interface for millet crop and fallow savannah, the two main land cover types in the cultivated Sahel. This study is based on a comprehensive 5-year dataset (2005-2009) from the Wankama catchment of the AMMA-CATCH observatory in south-west Niger. It includes atmospheric forcing, seasonal course of vegetation phenology, soil properties and model validation variables (net radiation, turbulent fluxes, soil heat/water profiles), for the two fields. The study area is typical of the central Sahel conditions, with 400-600 mm annual rainfall concentrated in the 4-5 month wet season. Soils are mainly sandy and prone to surface crusting, leading to a strong vertical contrast in hydrodynamic properties. The SiSPAT physically-based model is used for this study. It solves the mass and heat transfer system of equations in the soil with a vapor phase, coupled with a two-component (bare soil and vegetation) water and energy budget at the surface-atmosphere interface. The study investigates whether such a model can be accurately calibrated and validated for the two sites using realistic-parameter values. The model is calibrated over a 2-year period (2005-2006) and validated over the other three years for the two sites. The variations in water and energy variables over the five contrasted years and between land covers will be highlighted. Multi-year, field-based estimations of land surface water and energy budgets will be produced. The model could eventually be applied to longer periods to account for the marked variability of the Sahel climate. This modeling study is part of the ALMIP-2 (AMMA Land Model Intercomparison – Phase 2) project, for evaluation and comparison of land surface models at local and meso scales over the AMMA-CATCH north-south eco-climate gradient of West Africa.

Published
2012

39. TVGEP: conception des toitures végétalisées pour la gestion des eaux pluviales urbaines

Author

Marie-Christine Gromaire, Bernard de Gouvello, Pa Versini, Berthier, E., David Ramier, Martin Seidl, laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains (LEESU), AgroParisTech-Université Paris-Est Marne-la-Vallée (UPEM)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12), and Bordignon, Frédérique

Subjects
[SDE] Environmental Sciences, [SDE]Environmental Sciences
Published
2012

40. Experimental evidence of deep infiltration under sandy flats and gullies in the Sahel

Author

Stéphane Boubkraoui, Michel Vauclin, Bernard Cappelaere, Okechukwu Amogu, David Ramier, E. Le Breton, S. Bousquet, Sylvie Galle, Nicolas Boulain, Ibrahim Mamadou, Jean-Paul Laurent, B. Ibrahim, Thierry Lebel, Guillaume Quantin, Luc Descroix, HYBIS, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Transpore, Institut international d'ingénierie de l'eau et de l'environnement (2iE), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de géographie physique : Environnements Quaternaires et Actuels (LGP), Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (UP1)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), HMCI, 'Programme National de Recherche en Hydrologie' of the French 'Ecosphère Continentale' program, AMMA project (African Monsoon Multidisciplinary Analyses), European Project, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), 2iE, 2IE, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Panthéon-Sorbonne (UP1), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Environmental Engineering, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Deep Infiltration, Water table, Runoff, 0207 environmental engineering, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Soil science, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Endorheic Area, Water balance, Soil retrogression and degradation, Niger, [SDU.STU.GM]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geomorphology, Water cycle, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, Sandy Soil, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, Hydrology, Groundwater recharge, 15. Life on land, Deep infiltration, 6. Clean water, Sandy soil, Infiltration (hydrology), 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Soil water, Environmental science, Endorheic area, Surface runoff
Abstract

International audience; Despite the strong reduction in rainfall observed after 1968, the water table of some endorheic areas in the Sahel has been found to be rising over the last several decades. It has been previously demonstrated that this is due to land use changes which have led to a severe increase in runoff and erosion. In such areas, the excess in runoff causes a strong increase in the number of ponds, their sizes and thus, their duration. Ponds have been identified as the main zones of deep infiltration of water. The aim of this study was to investigate whether other areas of the Sahelian region could also be defined as deep infiltration ones as well, and then, whether they were contributing to aquifer recharge. Soil water content was surveyed for five consecutive years (2004-2008) by implementing a set of measurement devices at different depths. The hydrologic water balance was monitored at stream flow gauge stations located upstream and downstream of two small endorheic catchments. A temporal increase in runoff and erosion induced by the soil degradation following the replacement of bush vegetation by cultivated crops and fallow land areas was observed. This process led to the appearance of extended bare soil areas due to both aeolian and hydric erosion, triggering a strong reduction in soil infiltrability under millet fields and fallow lands as well as in the soil water holding capacity. It also resulted in the formation of a great number of gullies and sand sediment deposits in the endorheic areas. Measurements showed that sandy deposits correspond in fact to large areas of deep infiltration: tens of thousands of cubic meters of water infiltrated catchments of less than 1 km2. Runoff decreased by up to 50% in the sandy deposit areas, while infiltration (close to 1300 mm h-1) was observed up to depths of 10 m. These factors would raise the water table and significantly modify the surface and sub-surface components of the water cycle.

Published
2011

41. Contrasted land-surface processes along the West African rainfall gradient

Author

Thierry Lebel, Josiane Seghieri, B. Kamagate, Christophe Peugeot, Valérie Demarez, V. Trichon, Franck Timouk, M. Le Lay, Françoise Guichard, Sylvain Massuel, Guillaume Favreau, Adrien Guyot, Eric Mougin, Marc Descloitres, Bernard Cappelaere, Jean-Martial Cohard, Nicolas Boulain, Jérôme Demarty, Manuela Grippa, Sylvie Galle, V. Le Dantec, Luc Descroix, Luc Séguis, David Ramier, Pierre Hiernaux, Laurent Kergoat, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Plant Functional Biology and Climate Change Cluster (C3), University of Technology Sydney (UTS), HYBIS, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire des Mécanismes et Transfert en Géologie (LMTG), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études techniques de l'équipement Ile-de-France (CETE Ile-de-France), Avant création Cerema, Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sciences et Gestion de l'Environnement, UAA, HMCI, DTG - Electricité de France, EDF (EDF), Essex Business School, University of Essex, Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (ECOLAB), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, AMMA (African Monsoon Multidisciplinary Analyses), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), and Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)

Subjects
Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 0207 environmental engineering, Flux, runoff, 02 engineering and technology, Sensible heat, water resources, 01 natural sciences, Streamflow, Sahel, groundwater, Meteorology & Atmospheric Sciences, [SDU.STU.GM]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Geomorphology, 020701 environmental engineering, 0105 earth and related environmental sciences, Hydrology, 15. Life on land, 6. Clean water, energy fluxes, Water resources, 13. Climate action, Soil water, Sudanian climate, Period (geology), Environmental science, Surface runoff, Groundwater
Abstract

We review the main results of land-surface studies obtained in the three sites of the long-term observing system AMMA-CATCH. Runoff in the Sahel enhances the variability of energy partitioning between non-infiltrative areas where sensible heat is dominant and infiltrative areas where soil water availability increases the latent flux. In terms of water resources, an increase in runoff over the past 50 years, already reported for the exoreic Sahel, was revealed in the endoreic Sahel. In the Sudanian domain, the subsurface origin of streamflow could explain its decrease over the same period. Copyright © 2011 Royal Meteorological Society.

Published
2011

42. The hydrological behaviour of urban streets: Long-term observations and modelling of runoff losses and rainfall-runoff transformation

Author

Emmanuel Berthier, Hervé Andrieu, David Ramier, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CETE Ile-de-France, Département ville durable, and Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)

Subjects
Urban surface, Hydrology, Rainfall runoff, 010504 meteorology & atmospheric sciences, 0207 environmental engineering, 02 engineering and technology, Time step, Runoff curve number, 01 natural sciences, 6. Clean water, Runoff model, Infiltration (hydrology), 13. Climate action, 11. Sustainability, Impervious surface, Environmental science, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, Surface runoff, ACL-EB, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology
Abstract

Runoff on impervious surfaces (roads, roofs, etc.) raises a number of environmental and road safety-related problems. The primary objective of this research effort is to improve our knowledge of the hydrological behaviour of impervious urban surfaces in order to better assess runoff on these surfaces and its subsequent consequences. This article will focus on two street stretches studied over a 38-month period. Measurements of rainfall and runoff discharge on these stretches have made it possible to estimate runoff losses as well as to constitute a database for modelling purposes. On the basis of these data, two models have been used, one simple the other more detailed and physically based. For both models, runoff discharges at a 3-min time step are well reproduced, although runoff coefficients and runoff losses are still poorly estimated. Detailed analyses of experimental data and model output, however, indicate that runoff losses could be quite high on such ‘impervious surfaces’ (between 30 and 40% of total rainfall, depending on the street stretch) and that these losses are mainly because of evaporation and infiltration inside the road structure. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Published
2011

43. SEtHyS_Savannah: A multiple source land surface model applied to Sahelian landscapes

Author

Bertrand Decharme, Benoît Coudert, Mehrez Zribi, Catherine Ottlé, Bernard Cappelaere, A. Perrier, Nicolas Boulain, S. Saux-Picart, David Ramier, Centre d'étude des environnements terrestre et planétaires (CETP), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), AgroParisTech, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Atmospheric Science, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Scale (ratio), Plant canopy modelling, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, 0207 environmental engineering, 02 engineering and technology, 01 natural sciences, Soil management, Evapotranspiration, Sahel, Vegetation type, Meteorology & Atmospheric Sciences, 020701 environmental engineering, Savannah, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, Water content, 0105 earth and related environmental sciences, Hydrology, Global and Planetary Change, Soil surface mulch, Surface fluxes, Simulation modeling, SVAT, Forestry, Vegetation, 15. Life on land, Soil water, Environmental science, Agronomy and Crop Science
Abstract

The existing SEtHyS SVAT model was developed further to model heat and water fluxes over savannah landscapes with the final objective to use remote sensing for regionalization and monitoring at larger scale. This new development incorporates two vegetation layers (low and high covers) above the soil. The transfer of soil water was revised in order to improve the simulated hydrology over Sahelian and semi-arid regions, by incorporating a mulch representation in a three-layer soil scheme. The two versions of the model, original and modified, have been compared at local scale over two instrumented local sites of the AMMA-Niger supersite: a fallow and a millet field equipped with surface flux, soil moisture and vegetation measurements. After calibration of the model parameters using the Multiobjective Calibration Iterative Process (MCIP) methodology on the 2005 dataset, the simulations of the two versions of SEtHyS were compared to observations over 2006. Significant differences were found between the simulations, and a better agreement with in situ measurements was observed for the new model. These differences are discussed in relation to the parameterizations of the hydrological and vegetation processes. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Published
2009

44. Combining scintillometer measurements and an aggregation scheme to estimate area-averaged latent heat flux during the AMMA experiment

Author

David Ramier, Jamal Ezzahar, Abdelghani Chehbouni, Bernard Mougenot, Luc Descroix, Stéphane Boubkraoui, Johannes Hoedjes, Franck Timouk, Nicolas Boulain, Bernard Cappelaere, Laboratoire de Mécanique des Fluides et Energétique (LMFE), Faculté des Sciences Semlalia Marrakech, Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IRD, Centre Niamey, Niger, Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Faculté des Sciences Semlalia [Marrakech], Université Cadi Ayyad [Marrakech] (UCA)-Université Cadi Ayyad [Marrakech] (UCA), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Environmental Engineering, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Meteorology, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, 0207 environmental engineering, Eddy covariance, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Regional surfaces fluxes, 02 engineering and technology, Sensible heat, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, law.invention, [SDV.EE.ECO]Life Sciences [q-bio]/Ecology, environment/Ecosystems, law, Evapotranspiration, Latent heat, Non-uniform and heterogeneous surfaces, Water cycle, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, 2. Zero hunger, 15. Life on land, Aggregation schemes, Heat flux, 13. Climate action, Scintillometer, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, [SDE]Environmental Sciences, Environmental science, Spatial variability, Scintillometry
Abstract

International audience; s u m m a r y This paper deals with the issue of using scintillometry in conjunction with a simple aggregation scheme to derive area-averaged sensible and latent heat fluxes over a small watershed in Niamey, Niger (Wank-ama catchment). Data collected in the context of the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) program has been used to test the proposed approach. For this purpose, a Large Aperture Scintillometer (LAS) was set up over heterogeneous surface transect of about 3.2 km spanning three vegetation types. The comparison between scintillometer-based estimates of area-averaged sensible heat fluxes and those measured by a network of the classical eddy covariance (EC) devices showed good agreement, with a relative error of about 20% (R 2 = 0.85, RMSD = 22 W m À2 , and SEE = 21.39 W m À2). This is a good result considering the contrast in terms of the footprint scales associated with the two devices, which is amplified by the heterogeneity of the catchment. The results also showed that using the LAS-derived values of area-average sensible heat flux in conjunction with a simple aggregation rule to estimate area-average available energy led to a reasonable prediction of area-averaged latent heat flux (R 2 = 0.75, RMSD = 64 W m À2 and SEE = 50 W m À2), when compared to those measured using the EC network. This is of interest since the LAS can potentially be used to validate estimates of surface fluxes, based on the meso-scale model, as well as those estimated using coarse-scale remote sensing-based algorithm. Ó 2009 Published by Elsevier B.V. Introduction The West African region has been undergoing tremendous changes over the last 30 years. The Sahel is prone to extremes in climate variability, with persistent drought which causes recurrent famine and humanitarian crises. It is thus of crucial importance to develop a clear understanding and accurate methods for predicting the combined effect of both human-and nature-induced changes on water resources so that decision makers can develop mitigating strategies based on solid science. In this context, several large-scale field experiments such as the Hydrologic and Atmospheric Pilot Experiment in the Sahel (Goutorbe et al., 1994) and the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA: http://www.amma-international.org) were conducted over this region in recent years. These studies have substantially advanced the understanding of the interaction between regional climate and the hydrological cycle. Among the surface processes of prime importance in addressing the issue of the interaction of surface conditions and climate processes is the evapotranspiration or latent heat flux density (LE), which is essential in bringing together analyses of the physical, biological, and hydrological processes occurring at different space-time scales over continental surfaces. This same process describes the transport of water into the atmosphere from surfaces, through soil evaporation and plant transpiration. Additionally, understanding the spatial distribution of LE is essential for many environmental applications including water resources management, agriculture efficiency, global vegetation analysis, climate dynamics, and ecological applications. Consequently , the AMMA program put a strong emphasis on the challenging task of modeling and measurement of LE at different ranges of the space-time scale. The surface heterogeneity caused by the contrast in vegetation cover and type-and/or by precipitation generates a large spatial variability of surface fluxes. Therefore , estimating LE under such conditions is not an easy task.

Published
2009

45. The AMMA-CATCH experiment in the cultivated Sahelian area of south-west Niger : investigating water cycle response to a fluctuating climate and changing environment

Author

Bernard Cappelaere, Marie Boucher, Stéphane Boubkraoui, Thierry Lebel, Luc Descroix, Guillaume Quantin, E. Le Breton, Catherine Ottlé, Hassane Bil-Assanou Issoufou, Véronique Chaffard, I. Bouzou Moussa, M. Oi, Y. Nazoumou, Ibrahim Mamadou, Guillaume Favreau, Jean-Paul Laurent, David Ramier, Pierre Hiernaux, Nicolas Boulain, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), HYBIS, Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Department of Applied Geophysics, Technische Universität Berlin (TU)-Technische Universität Berlin (TU), Departement de géographie, Université Abdou Moumouni [Niamey], Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de géographie physique : Environnements Quaternaires et Actuels (LGP), Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne (UP1)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université A. Moumouni, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), AMMA, French ECCO-PNRH program, ORE programme of the French Research Ministry, IRD, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry]), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UPS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Panthéon-Sorbonne (UP1), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Department of Applied Geophysics, Technische Universität Berlin (TUB)-Technische Universität Berlin (TUB), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Department of Applied Geophysics, Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Technical University of Berlin / Technische Universität Berlin (TU)-Technical University of Berlin / Technische Universität Berlin (TU), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)

Subjects
Water resources, Environmental Engineering, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Savanna vegetation, 0207 environmental engineering, Climate change, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, 02 engineering and technology, Land cover, 01 natural sciences, Land cover change, Land cover change, Semiarid, Water resources, Ecohydrology, Savanna vegetation, Observation system, Ecohydrology, Water cycle, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, Semiarid, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, 2. Zero hunger, Hydrology, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Land use, Observation system, Vegetation, 15. Life on land, 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Environmental science, Surface runoff
Abstract

International audience; Among the three sites distributed along the West African latitudinal gradient in the AMMA-CATCH observation system, the experimental setup in the Niamey area of south-west Niger samples the cultivated Sahel environment, for hydrological, vegetation and land surface processes. The objective is to investigate relationships between climate, land cover, and the water cycle, in a rapidly changing semiarid environment. This paper first presents the main characteristics of the area, where previous research, including the EPSAT and HAPEX-Sahel experiments, had evidenced a widespread decadal increase in water resources, concurrently with severe drought conditions. The specifics of AMMA-CATCH research and data acquisition at this site, over the long-term (not, vert, similar2001–2010) and enhanced (not, vert, similar2005–2008) observation periods, are introduced. Objectives and observation strategy are explained, and the main characteristics of instrument deployment are detailed. A very large number of parameters – covering rainfall, vegetation ecophysiology, phenology and production, surface fluxes of energy, water vapour and CO2, runoff and sediment, pond water, soil moisture, and groundwater – were monitored at local to meso scales in a nested structure of sites. The current state of knowledge is summarized, connecting processes and patterns of variation for rainfall, vegetation/land cover, and the terrestrial hydrologic cycle. The central role of land use and of its spectacular change in recent decades is highlighted. This paper provides substantial background information that sets the context for papers relating to the south-west Niger site in this AMMA-CATCH special issue.

Published
2009

46. Precipitation as driver of carbon fluxes in 11 African ecosystems

Author

Merbold, L., Ardo, J., Arneth, A., Scholes, R. J., Nouvellon, Y., Grandcourt, A., Archibald, S., Jean-Marc Bonnefond, Boulain, N., Bruemmer, C., Cappelaere, B., Ceschia, E., El-Khidir, H. A. M., El-Tahir, B. A., Falk, U., Lloyd, J., Kergoat, L., Valérie Le Dantec, Mougin, E., Muchinda, M., Mukelabai, M. M., David Ramier, Roupsard, O., Timouk, F., Veenendaal, E. M., Kutsch, W. L., Max Planck Institute for Biogeochemistry (MPI-BGC), Max-Planck-Gesellschaft, Lund University [Lund], Natural Resources and Environment, Council for Scientific and Industrial Research, Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Unité de recherche sur la productivité des plantations industrielles, Institut National Agronomique Paris-Grignon (INA P-G), Écologie fonctionnelle et physique de l'environnement (EPHYSE), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD), University of British Columbia (UBC), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Agricultural Research Cooperation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Earth and Biosphere Institute, School of Geography, Zambia Meteorological Department (ZMD), Centro Agronomico Tropical de Investigacion y Enseñanza (CATIE), Nature Conservation and Plant Ecology Group, Wageningen University and Research [Wageningen] (WUR), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)

Subjects
analyse de données, précipitation atmosphérique, méthode de mesure, afrique, carbone, [SDV.BBM.BC]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biochemistry [q-bio.BM], EDDY-COVARIANCE, écosystème, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Abstract

International audience

Published
2009

47. Water and energy budgets simulation over the AMMA-Niger super-site spatially constrained with remote sensing data

Author

S. Saux-Picart, C. André, Bertrand Decharme, Benoît Coudert, David Ramier, A. Perrier, Mehrez Zribi, Bernard Cappelaere, Nicolas Boulain, Catherine Ottlé, Luc Descroix, Centre d'étude des environnements terrestre et planétaires (CETP), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ESTER - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AgroParisTech, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), French ECCO-PNRH program, AMMA Programm, the French Ministery (Scholarship), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation des Surfaces et Interfaces Continentales (MOSAIC), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physico-Chimie Moléculaire (LPCM), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Environmental Engineering, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, 0207 environmental engineering, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, 02 engineering and technology, Land cover, 01 natural sciences, Water balance, Evapotranspiration, Sahel, Leaf area index, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, Plant canopy modeling, Savannah, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, Remote sensing, Hydrology, Surface fluxes, SVAT, Vegetation, 15. Life on land, 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Soil water, Environmental science, Surface runoff, Surface water, [SPI.SIGNAL]Engineering Sciences [physics]/Signal and Image processing
Abstract

The SEtHyS_Savannah model [Saux-Picart et al., submitted for publication. SEtHyS_Savannah: a multiple source land surface model applied to sahelian landscapes. Agricultural and Forest Meteorology] was developed as an extension of the SEtHyS land surface model to simulate the water and energy fluxes over dry savannah landscapes. The vegetation cover is represented by a two layer model and a mulch approach is used for the soil description. The SEtHyS_Savannah model was regionalized over the AMMA-Niger super-site (about 50 km by 40 km), with the help of remote sensing data. The model uses a regular 1km grid and each cell is divided in sub-grid patches in order to represent land cover and soil heterogeneities (tile approach). The vegetation cover parameters were prescribed according to the land cover map and the seasonal evolution of the Leaf Area Index (LAI), both derived from SPOT-HRV (Satellite Pour l'Observation de la Terre - High Resolution Visible) data imagery. The atmospheric forcing was assumed homogeneous over the area and provided by a meteorological station installed at the Fakara experimental site. The surface water and energy budgets were simulated over a one-year period (2005) at a 5-min time step and validated against MSG-SEVIRI (Meteosat Second Generation - Spinning Enhanced Visible and Infra-red Imager) land surface temperature and ENVISAT-ASAR (ENVIronnement SATellite - Advanced Synthetic Aperture Radar) soil humidity products. The results show realistic surface fluxes and good agreement with the MSG-SEVIRI temperature observations. The soil moisture comparison presents significant correlation but large root mean square errors. These discrepancies are the consequence of both the use of a non-spatialized atmospheric forcing and to residual vegetation effects on the radar signal. Despite these uncertainties, the results increase confidence in the model representation of Sahelian soil-vegetation processes and open new perspectives to quantify the effects of vegetation changes on evapotranspiration and runoff over the region. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Published
2009

48. Towards an understanding of coupled physical and biological processes in the cultivated Sahel – 1. Energy and water

Author

Nicolas Boulain, Stéphane Boubkraoui, David Ramier, C. Lloyd, Vincent Wawrzyniak, Frédéric Métayer, Manon Rabanit, Luc Descroix, Bernard Cappelaere, Franck Timouk, Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CEH, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AMMA programme, the French ECCO-PNRH programme (project 'Eau et Végétation au Niger'), IRD, Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Processus de Transfert et d'Echanges dans l'Environnement - EA 3819 (PROTEE), Université de Toulon (UTLN), Institute of Hydrology, University of Oxford [Oxford], Environnement Ville Société (EVS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-École des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Étienne MSE), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Université Jean Moulin - Lyon 3 (UJML), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), and Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-École nationale supérieure d'architecture de Lyon (ENSAL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Environmental Engineering, Millet, Fallow savanna, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Hydrologic cycle, 0207 environmental engineering, Eddy covariance, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, 02 engineering and technology, Sensible heat, 01 natural sciences, Semi-arid, Evapotranspiration, Latent heat, Water cycle, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, 2. Zero hunger, Hydrology, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, 15. Life on land, Energy budget, 6. Clean water, Surface energy budget, 13. Climate action, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Soil water, Environmental science, Surface runoff
Abstract

This paper presents an analysis of the coupled cycling of energy and water by semi-arid Sahelian surfaces, based on two years of continuous vertical flux measurements from two homogeneous recording stations in the Wankama catchment, in the West Niger meso-site of the AMMA project. The two stations, sited in a millet field and in a semi-natural fallow savanna plot, sample the two dominant land cover types in this area typical of the cultivated Sahel. The 2-year study period enables an analysis of seasonal variations over two full wet-dry seasons cycles, characterized by two contrasted rain seasons that allow capturing a part of the interannual variability. All components of the surface energy budget (four-component radiation budget, soil heat flux and temperature, eddy fluxes) are measured independently, allowing for a quality check through analysis of the energy balance closure. Water cycle monitoring includes rainfall, evapotranspiration (from vapour eddy flux), and soil moisture at six depths. The main modes of observed variability are described, for the various energy and hydrological variables investigated. Results point to the dominant role of water in the energy cycle variability, be it seasonal, interannual, or between land cover types. Rainfall is responsible for nearly as much seasonal variations of most energy-related variables as solar forcing. Depending on water availability and plant requirements, evapotranspiration pre-empts the energy available from surface forcing radiation, over the other dependent processes (sensible and ground heat, outgoing long wave radiation). In the water budget, pre-emption by evapotranspiration leads to very large variability in soil moisture and in deep percolation, seasonally, interannually, and between vegetation types. The wetter 2006 season produced more evapotranspiration than 2005 from the fallow but not from the millet site, reflecting differences in plant development. Rain-season evapotranspiration is nearly always lower at the millet site. Higher soil moisture at this site suggests that this difference arises from lower vegetation requirements rather than from lower infiltration/higher runoff. This difference is partly compensated for during the next dry season. Effects of water and vegetation on the energy budget appear to occur more through latent heat than through albedo. A large part of albedo variability comes from soil wetting and drying. Prior to the onset of monsoon rain, the change in air mass temperature and wind produces, through modulation of sensible heat, a marked chilling effect on the components of the surface energy budget. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Published
2009

49. Hydrological modelling and associated microwave emission of a semi-arid region in South-western Niger

Author

Jean-Paul Laurent, Bernard Cappelaere, David Ramier, Thierry Pellarin, Bertrand Decharme, Luc Descroix, Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Direction Ile-de-France (Cerema Direction Ile-de-France), Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (Cerema), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and AMMA

Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, Hydrological modelling, ISBA, 0207 environmental engineering, [SDU.STU]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences, Context (language use), 02 engineering and technology, Atmospheric sciences, 01 natural sciences, [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, [SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment, 020701 environmental engineering, Water content, 0105 earth and related environmental sciences, Water Science and Technology, Remote sensing, [SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere, Radiometer, Moisture, AMSR, [SDU]Sciences of the Universe [physics], [SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology, Brightness temperature, Soil water, Radiometry, Environmental science, AMMA, Soil moisture
Abstract

International audience; Keywords: Remote sensing Soil moisture ISBA AMSR AMMA s u m m a r y Studying surface-atmosphere feedback is often limited by the accuracy of the land surface observations (particularly soil moisture estimates) or the performance of the land surface models. To further our understanding of soil moisture effects on land-atmosphere fluxes, improvements in soil moisture mapping over large regions are necessary. The aim of this study was to obtain accurate soil moisture mapping over a 120 by 100 km 2 area in West Africa using the considerable amount of measurements available from local and regional scales, recorded during the African monsoon multidisciplinary analysis (AMMA) experiment. The modelling strategy was based on the use of a land surface model (LSM), employed to provide high-resolution soil moisture mapping over the studied area. A microwave emission model was then used to simulate associated microwave brightness temperatures (TB) to compare with the Advanced microwave scanning radiometer (AMSR) at the same spatial (25 by 20 km 2) and temporal resolution (daily). Discrepancies between observed and simulated TB were analysed and used to calibrate the LSM and the microwave emission models to match the specific hydrology and soil microwave behaviour of the studied area. Nevertheless, a positive bias of the near-surface soil moisture remained and the land surface model was still unable to reproduce the rapid dynamic of the near-surface soil moisture observed at the local and regional scales in this climatic context. To solve this problem, a secondary surface soil layer was added to match in situ soil moisture measurements as well as satellite microwave measurements. Additionally, the choice of the soil permittivity model was found to be of prior importance in order to perform suitable microwave brightness temperatures. Finally, a soil moisture retrieval algorithm based on AMSR and meteosat second generation (MSG) measurements was proposed in order to improve the quality of the soil moisture estimates over the studied area (the root mean square error decreases from 5.4 % vol. to 2.8 % vol).

Published
2009

50. A New Land Surface Hydrology within the Noah-WRF Land-Atmosphere Mesoscale Model Applied to Semiarid Environment: Evaluation over the Dantiandou Kori (Niger)

Author

S. Saux-Picart, Mehrez Zribi, Nicolas Boulain, Bernard Cappelaere, Catherine Ottlé, Bertrand Decharme, David Ramier, Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Centre d'étude des environnements terrestre et planétaires (CETP), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hydrosciences Montpellier (HSM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), IRD/Niamey, Centre d'études spatiales de la biosphère (CESBIO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)

Subjects
Atmospheric Science, Article Subject, 010504 meteorology & atmospheric sciences, [SDE.MCG]Environmental Sciences/Global Changes, 0207 environmental engineering, Mesoscale meteorology, 02 engineering and technology, lcsh:QC851-999, Monsoon, 01 natural sciences, Atmosphere, Hydrology (agriculture), [SDU.STU.HY]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Hydrology, 020701 environmental engineering, 0105 earth and related environmental sciences, Hydrology, Rain gauge, Vegetation, 15. Life on land, Pollution, Geophysics, Geography, 13. Climate action, Weather Research and Forecasting Model, lcsh:Meteorology. Climatology, Surface runoff
Abstract

International audience; Land-atmosphere feedbacks, which are particularly important over the Sahel during the West African Monsoon (WAM), partly depend on a large range of processes linked to the land surface hydrology and the vegetation heterogeneities. This study focuses on the evaluation of a new land surface hydrology within the Noah-WRF land-atmosphere-coupled mesoscale model over the Sahel. This new hydrology explicitly takes account for the Dunne runoff using topographic information, the Horton runoff using a Green-Ampt approximation, and land surface heterogeneities. The previous and new versions of Noah-WRF are compared against a unique observation dataset located over the Dantiandou Kori (Niger). This dataset includes dense rain gauge network, surfaces temperatures estimated from MSG/SEVIRI data, surface soil moisture mapping based on ASAR/ENVISAT C-band radar data and in situ observations of surface atmospheric and land surface energy budget variables. Generally, the WAM is reasonably reproduced by Noah-WRF even if some limitations appear throughout the comparison between simulations and observations. An appreciable improvement of the model results is also found when the new hydrology is used. This fact seems to emphasize the relative importance of the representation of the land surface hydrological processes on the WAM simulated by Noah-WRF over the Sahel.

Published
2009

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