Text integral după:
Stângă I. C. (2009) – Quantifier la sécheresse: durée, intensité, fréquence, Analele ştiinţifice ale Universităţii „Al. I. Cuza” Iaşi, tom LV, s. II-c, Geografie, pp. 31-46
Résumé: L’article vise une approche méthodologique des périodes sèches et de sécheresse à partir d’une base de données de la partie est de la Roumanie, plus exactement des Collines de Tutova (27 postes pluviométriques et sept stations météorologiques) Les valeurs mensuelles des paramètres climatiques, mais surtout les valeurs diurnes, nous ont permis de tester plusieurs indicateurs, les uns fréquemment employés dans la littérature géographique roumaine (les climogrammes Walther-Lieth), les autres plus rarement ou jamais (l’indice d’aridité Palfai, l’indice des anomalies pluviométriques). Cependant, à partir des plus simples appréciations, tel le pourcentage des précipitations, nous avons proposé des expressions considérées suggestives pour mettre en évidence la sécheresse (l’indice logarithme décimal des précipitations) ou pour une interprétation climatique (l’indice de continentalisme). La plus précise analyse des sécheresses est basée sur les données journalières des éléments climatiques. Ainsi, le nombre de jours de sécheresse équivalente prend en considération la durée de l’intervalle sans précipitations, pondérée à l’aide des coefficients calculés à l’aide de l’évapotranspiration (donc la consommation d’eau), tandis que l’indice de l’intensité des sécheresses introduit dans l’équation la réserve d’eau aisément accessibles aux plantes (les précipitations de la décade précédente a l’intervalle de sécheresse).
Mots clés : sécheresse, durée, intensité, fréquence, indicateurs.
1. Approche théorique
C’est vraiment difficile de définir la sécheresse, quand on se rapporte aux différents points de vue. Génétiquement, les sécheresses sont liées aux intervalles sans précipitations suffisamment longues pour que le déficit hydrique soit ressenti par les systèmes naturels ou humains. Très souvent, les chercheurs identifient des divers types de sécheresse (atmosphérique, hydrique, pédologique, physiologique, agricole etc.). La sécheresse atmosphérique (météorologique) se réfère aux périodes sans précipitations, dont la longueur est appréciée selon la saison (donc selon la température). La sécheresse pédologique s’installe dans le moment où le sol ne peut plus fournir aux plantes le nécessaire en eau, causant leur étiolement. La sécheresse hydrique se manifeste par la descente du niveau phréatique, la diminution de l’alimentation du réseau hydrographique de surface, l’assèchement des sources et des rivières.
A notre avis, il s’agit d’un seul phénomène qui se développe progressivement, modifiant le rapport entre les réserves d’eau, d’une coté, et la demande, de l’autre coté. Ainsi, la sécheresse représente la période et l’état de déficit hydrique causé par la différence négative entre les entrées et les sorties d’eau en/dans système, provoquant des déséquilibres et des mal fonctionnements un caractère réversible ou irréversible.
Le risque associé à la sécheresse combine l’aléa météo-climatique avec la vulnérabilité des structures naturelles ou humaines exposées à l’aléa. Ainsi, pour la même situation de déficit hydrique, le risque qu’on doit considérer sera différent selon les propriétés des sols, les cultures agricoles, le stade de végétation des plantes, les agro techniques employées, la pression humaine sur les ressources d’eau etc. De ce point de vue, on ne peut apprécie la sécheresse que d’une manière relative et on considère sèche seulement les périodes dans lesquelles l’humidité descend au-dessous des limites de tolérance de n’importe quel système. Souvent, ces limites sont marquées par des seuils, les plus importants étant ceux irréversibles, lesquels, une fois dépassés, conduisent à la destruction des mécanismes internes d’autoréglage dans le système.
L’évaluation des sécheresses implique une suite d’incertitudes, les unes objectives, reliées à la variabilité naturelle des phénomènes climatiques (incertitudes stochastiques), les autres subjectives, associées à la recherche (incertitudes épisthemiques). Ces dernières deviennent de moins en moins importantes au fur et à mesure que la technique se perfectionne, y compris en ce qui concerne la méthodologie de diagnose et de prognose à l’aide des indicateurs statistiques.
2. Approche méthodologique
L’utilité pratique de la connaissance et du monitoring des phénomènes de sécheresse explique l’intérêt de plus en plus augmenté de trouver des méthodes précises pour évaluer ces phénomènes. A partir de la méthodologie et des paramètres climatiques envisagés, on peut grouper la large variété des indicateurs en trois catégories distinctes :
a. indicateurs et critères pluviométriques : le critère Hellman, l’indice pluviométrique Topor (employé en Roumanie), l’indicateur du pourcentage des précipitations, l’indice de sécheresse Bhalme-Mooley, l’index standardisé des précipitations, l’indice de la sécheresse effective, l’index xérothermique Gaussen, l’index des anomalies pluviométriques ;
b. indicateurs de bilan hydrique et complexes : l’indice d’aridité de Martonne, la caractérisation climatique Thornthwaite, l’indice hydrothermique Selianinov, l’indice de sécheresse Palfai, l’indice d’humidité proposé par Soroceanu en Roumanie, l’indice de sévérité de la sécheresse Palmer etc. ;
c. diagrammes et climogrammes: le diagramme Walter Lieth, le diagramme Péguy, le diagramme ombrométrique Gaussen etc. (Lamarre, 2002);
d. indices déterminés à l’aide des images satellitaires.
La présente étude vise l’évaluation quantitative des phénomènes de sécheresse à partir des données provenant de sept stations météorologiques (1961-2007) et 27 postes pluviométriques (1981-2003) de l’est de la Roumanie (plus exactement la région des Collines de Tutova).
Pour faire ça, on a calculé, on a sélecté et on a analysé des indicateurs considérés significatifs, mais on a proposé aussi des nouveaux indices pour mieux quantifier la durée, l’intensité et la fréquence des sécheresses. Toutes ces démarches viennent de compléter des recherches antérieures, dont les résultats ont été déjà publiés et où nous avons d’abord valorisés les indicateurs traditionnellement employés en Roumanie (Stângă, Minea, 2004, 2005), pour élaborer et proposer plus tard d’autres indicateurs (Stângă, 2008).
3. Résultats et discussions
Selon le critère Hellman, nous pouvons déterminer les périodes sèches et de sécheresse à partir du nombre des jours consécutifs dépourvus des précipitations. Ainsi, un intervalle ayant une durée de 5-9 jours en avril-septembre ou de 10-13 jours en octobre-mars est toujours considéré un intervalle sec. L’intervalle ayant une durée de 10-13 jours en avril-septembre ou, au moins, 14 jours en octobre-mars doit être considéré un intervalle de sécheresse.
Tenant compte de ce critère, l’analyse des données provenant des postes pluviométriques (1981-2003) nous met en évidence, pour les Collines de Tutova, l’existence de 10-13 périodes sèches et 3-4 périodes de sécheresse chaque année. Cette estimation est très bonne pour une étude climatique, mais on pourrait la considérer insuffisante quand il s’agit d’évaluer précisément la dimension du risque et c’est pourquoi on a essayé de trouver une autre manière d’exprimer la signification des sécheresses.
En premier lieu, à l’aide de TM-12, on a compté la durée précise des périodes sans précipitations et on a noté la quantité des précipitations de la décade antérieure à la période sèche. On a choisi d’envisager seulement les intervalles ≥ 10 jours consécutifs où l’on n’a pas enregistré de précipitations > 1 mm ; on a ignoré la valeur d’un millimètre (un litre/m2), le considérant sans une signification réelle du point de vue agroclimatique. Ultérieurement, on a apprécié la température de la période sans précipitations à l’aide des données provenant des stations météorologiques. Dans l’absence des températures journalières de l’air, les valeurs des trois décades de chaque mois peuvent servir à estimer la température de la période sèche. Les certaines erreurs sont négligeables et on peut les corriger par des calculs mathématiques.
Pour les Collines de Tutova (les postes pluviométriques Rădeni, Ghergheşti, Banca, Lipovăţ, Puieşti, Cuibul Vulturilor, Coroieşti, Pogoneşti, Coloneşti), on a extrait 493 cas de périodes comptant au moins dix jours sans précipitations. Faisant une analyse différenciée, on peut constater que la durée des sécheresses a dépassé le seuil de trente jours pour 3,85% des situations, a été placée entre 20-29 jours pour 22,72% des situations et entre 10-19 jours pour 73,43% des cas. Cette situation nous montre que la plupart des sécheresses ont un caractère modéré, mais il y a aussi des sécheresses très fortes (plus de trente jours presque sans aucune goutte d’eau). La distribution de ces périodes le long de l’année est très variable, les valeurs maxima de la durée et de la fréquence étant spécifiques à l’intervalle août-mars. La période sans précipitations ayant la plus longue durée a compté plus de 40 jours, entre la fin de l’août et le début de l’octobre 1982. D’ailleurs, le mois septembre 1982 (1 septembre – 6 octobre) a représenté aussi le plus long intervalle de sécheresse de la Plaine de la Moldavie (Mihăilă, 2006).
3.1. Le nombre des jours de sécheresse équivalente
La signification des intervalles de sécheresse este différente, en relation avec la consommation d’eau, dépendante elle aussi de la température de l’air. Pour nous permettre une comparaison entre les sécheresses de n’importe quelle saison de l’année, on a calculé le nombre des jours de sécheresse équivalente, en appliquant certains coefficients de correction. Pour les obtenir, on a apprécié la consommation d’eau, en déterminant l’évapotranspiration de référence Penman-Monteith (PM-ET0) par une corrélation avec la température de l’air (Păltineanu, 2007).
PM-ET0 = 0,0048∙T2 + 0,0678∙ T + 0,4888.
Pour simplifier la méthodologie, on a groupé la température en huit classes de valeurs (entre ≤ 0°C et >30°C) pour lesquelles on a calculé l’évapotranspiration. On a considéré représentatif l’écart thermique de 10-15°C et on lui a accordé le coefficient unitaire (un), à partir duquel, envisageant l’évapotranspiration, on a obtenu les coefficients pour les autres classes de température (tableau no. 1). En fin, on a obtenu le nombre des jours de sécheresse équivalente par la multiplication de la durée de l’intervalle déficitaire avec le coefficient appliquée en fonction de la température de l’air. Pour d’autres régions, on propose de considérer comme représentatif l’écart thermique le plus proche de la température pluriannuelle de l’air.
Tableau no. 1. Les valeurs moyennes de l’évapotranspiration de référence (mm/jour) et
les coefficients pour la sécheresse équivalente
Classes thermiques | PM-ET0 (mm/jour) | Coefficient sécheresse équivalente |
≤ 0°C | 0,31 | (0,31×1,00) : 2,11= 0,15 |
0-5°C | 0,70 | (0,70×1,00) : 2,11= 0,33 |
5-10°C | 1,28 | (1,28×1,00) : 2,11= 0,61 |
10-15°C | 2,11 | 1,00 |
15-20°C | 3,17 | (3,17×1,00) : 2,11= 1,50 |
20-25°C | 4,47 | (4,47×1,00) : 2,11= 2,12 |
25-30°C | 6,01 | (6,01×1,00) : 2,11= 2,85 |
>30 | 7,79 | (7,79×1,00) : 2,11= 3,69 |
L’application de ces coefficients et la sécheresse équivalente obtenue nous permettent de comprendre et de comparer les sécheresses, n’importe quelle serait la température de l’air. Ainsi, dix jours sans précipitations signifient seulement 1,5 jours de sécheresse équivalente si la température de l’air ne dépasse 0°C, représentent dix jours de sécheresse équivalente à la température de 10-15°C et plus de 35 jours si la température dépasse 30°C (tableau no. 2).
Tableau no.2. Le nombre de jours de sécheresse équivalente à dix jours sans précipitations
Temp. (ºC) | ≤0 | 0,1-5,0 | 5,1-10 | 10,1-15,0 | 15,1-20,0 | 20,1-25,0 | 25,1-30,0 | >30ºC |
Jour. équiv. | 2 | 3 | 6 | 10 | 15 | 21 | 29 | 37 |
Le nombre des jours de sécheresse équivalente a été groupé en quatre classes de signification de la période déficitaire:
- excessive : plus de 30 jours de sécheresse équivalente ;
- très forte : 21-30 jours de sécheresse équivalente ;
- forte : 11-20 jours de sécheresse équivalente ;
- modérée : dix jours de sécheresse équivalente au maximum.
De tous les cas analysés pour les Collines de Tutova, 14,68% des intervalles déficitaires représentent des sécheresses excessives, 20,73% sont des sécheresses très fortes, 29,37% sont des sécheresses fortes, tandis que 35,22% ont un caractère modéré. Les sécheresses de la première catégorie, avec une durée moyenne effective (réelle) de 23 jours, posent les plus grands problèmes, parce que, dans la plupart (79,71%), elles sont superposées à la demande maximale d’eau (juillet-septembre). C’est pourquoi les dégâts sont très importants, étant donné le spécifique agricole de la région et surtout la proportion écrasante des plantes bineuses, avec une période de végétation prolongée et une protection réduite assurée au sol.
3.2. L’indice de l’intensité des sécheresses
Apres avoir mis au point le nombre de jours de sécheresse équivalente, on a essayé de prendre en considération la réserve d’eau déjà existante et on propose en conséquence un indice de l’intensité des sécheresses (Is), basé sur une relation entre la durée de l’intervalle sans précipitations (Di), la température moyenne de l’air (Ti) ou l’évapotranspiration (ETi) et la quantité des précipitations enregistrées dans les dix jours précédents (Pi-1). L’équation de calcul se présente dans la forme ci-dessous : Is=Di* (Ti+1)/(Pi-1+1) Is=Di*Eti/Pi-1
Dans la première relation, le supplément (+10) ajouté à la température est justifié par la nécessité de diminuer les erreurs introduites par les valeurs thermiques négatives (le même principe appliqué pour l’indice d’aridité de Martonne). L’addition d’une unité au dénominateur (+1) s’applique pour restreindre l’écart de l’indice. En même temps, la valeur +1 accorde aux précipitations des dix jours précédents une signification agroclimatique sans déformer le résultat. Si nous avons accès aux données journalières pour calculer la consommation d’eau, nous pourrions utiliser la deuxième relation, les valeurs obtenues étant beaucoup semblables (coefficient Pearson: 0,91), fait bien prévisible si l’on tient compte du calcul indirect de l’évapotranspiration.
A l’aide de la équation présentée ci-dessus, on peut illustrer assez fidèlement la sévérité d’une sécheresse, fortement dépendante de tous les trois facteurs envisagés (durée, température, précipitations précédentes). Pour donner un seul exemple, on présente graphiquement la corrélation entre l’intensité de la sécheresse et les précipitations des dix jours précédents pour un intervalle standardisé de dix jours aux seuils thermiques de 5ºC, 10ºC, 15ºC, 20ºC, 25ºC et 30ºC (figure no. 1).
On a groupé les valeurs obtenues en quatre classes différentes de relevance :
- > 100 : sécheresse excessive ;
- 51-100 : sécheresse très forte ;
- 21-50 : sécheresse forte ;
- ≤ 20 : sécheresse modérée.
L’indice logarithme décimal des déviations pluviométriques pour la station météorologique Bârlad (1961-2007)
L’indice de continentalisme
A partir de l’expression précédente, on a proposé et on a calculé l’indice de continentalisme, comme le rapport entre la somme des indices logarithmes décimaux pour les mois déficitaires et la somme des indices logarithmes décimaux pour les mois excédentaires. On a changé le signe mathématique pour obtenir des valeurs positives. L’équation se présente sous la forme:
....................................................................................................................Tableau no. 3) L’indice de continentalisme (Ic) pour sept stations météorologiques de l’est de la Roumanie
Station météorologique | Tecuci | Adjud | Bârlad | Vaslui | Bacău | Plopana | Rădăuţi |
| <><><><><> | 2,70 | <><><><><> 2,67 | <><><><><> 2,62 | <><><><><> 2,40 | <><><><><> 2,28 | <><><><><> 2,20 | <><><><><> 1,68 | <><><><><>
Les différences ne sont pas très importantes dans un territoire réduit comme celui des Collines de Tutova et, pour faire une certaine comparaison, on a calculé l’indice de continentalisme pour Rădăuţi, situé dans le nord-ouest du Plateau de la Moldavie, dans une région qui ressent beaucoup les influences de la montagne et de la circulation baltique.
Evidemment, l’indice de continentalisme met en évidence les particularités pluviométriques du climat, particularités fortement différenciées le long de l’année. Les nuances continentales et d’aridité sont très accentuées dans le semestre froid de l’année, mais se réduisent dans le semestre chaud, surtout dans l’intervalle avril – juillet, grâce aux influences de la circulation d’ouest Bibliographie
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