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Influence of slope-scale snowmelt on catchment response simulated with the Alpine3D model

Résumé

Snow and hydrological modeling in alpine environments remains challenging because of the complexity of the processes affecting the mass and energy balance. This study examines the influence of snowmelt on the hydrological response of a high-alpine catchment of 43.2 km2 in the Swiss Alps during the water year 2014–2015. Based on recent advances in Alpine3D, we examine how snow distributions and liquid water transport within the snowpack influence runoff dynamics. By combining these results with multiscale observations (snow lysimeter, distributed snow depths, and streamflow), we demonstrate the added value of a more realistic snow distribution at the onset of melt season. At the site scale, snowpack runoff is well simulated when the mass balance errors are corrected (R2 5 0.95 versus R2 5 0.61). At the subbasin scale, a more heterogeneous snowpack leads to a more rapid runoff pulse originating in the shallower areas while an extended melting period (by a month) is caused by snowmelt from deeper areas. This is a marked improvement over results obtained using a traditional precipitation interpolation method. Hydrological response is also improved by the more realistic snowpack (NSE of 0.85 versus 0.74), even though calibration processes smoothen out the differences. The added value of a more complex liquid water transport scheme is obvious at the site scale but decreases at larger scales. Our results highlight not only the importance but also the difficulty of getting a realistic snowpack distribution even in a well-instrumented area and present a model validation from multiscale experimental data sets.

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Neige
La neige () est une forme de précipitations atmosphériques constituée de particules de glace ramifiées, de structure et d'aspect très variables qui sont la plupart du temps cristallisées et agglomérées en flocons contenant de l'air. Mais cette glace peut aussi être sous forme de grains (neige en grains, neige roulée) ou mouillée. Lorsqu'il y a suffisamment de froid et d'humidité dans l'atmosphère, la neige se forme naturellement par condensation solide de la vapeur d'eau à saturation autour des noyaux de congélation.
Bilan de masse d'un glacier
vignette|alt=Histogrammes rouge et bleu et courbe oscillant autour de l'équilibre jusqu'en 1985, puis plongeant vers le bas.|Bilan de masse du Glacier du Silvretta. En bleu clair : bilan hivernal (accumulation). En rouge : bilan estival (ablation). La courbe bleue correspond au bilan total de masse du glacier. La perte est telle que la courbe disparait du diagramme à partir de 2003. La valeur atteinte en 2020 est de -23,7 mètres.
Eau de fonte
vignette| Eau de fonte provenant du glacier Cavell du mont Edith Cavell |alt=Eau de fonte provenant d'un glacier vignette| Eau de fonte au début du printemps dans un ruisseau en Pennsylvanie L'eau de fonte est de l'eau libérée par la fonte de la neige ou de la glace, notamment celle des glaciers, des icebergs et des plates-formes de glace au-dessus des océans. L'eau de fonte se trouve souvent dans la zone d'ablation des glaciers, où le taux de couverture neigeuse diminue.
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