Variations spatiales du rayonnement solaire incident dans le massif forestier d’Amazonie au cours du cycle saisonnier

Laboratoire(s) de rattachement : IGE

Encadrant : Philippon Nathalie

Co-encadrant : Wagner Fabien

Niveau de formation & pré-requis : Master 1

Mots-clés : Rayonnement solaire - Amazonie - cycles diurne et annuel

Les services rendus par les massifs forestiers tropicaux à la planète sont nombreux. Un service clé est la régulation du climat global à travers les cycles de l’eau et du carbone. Les massifs forestiers d’Amazonie, Afrique Centrale et d’Asie du Sud-Est sont d’importantes sources d’humidité pour les régions voisines (Spracklen et al. 2012)⁠, et contribuent à plus de 50 % du dioxyde de carbone absorbé par l’ensemble des forêts (Pan et al. 2011)⁠. Cependant, leur fonctionnement est lui même dépendant du climat.
Les nombreuses études consacrées au rôle du climat sur le fonctionnement des forêts d’Amazonie, et qu’elles soient basées sur des données in-situ ou satellites, suggèrent que le cycle annuel moyen d’activité photosynthétique des forêts ainsi que les stades phénologiques sont déterminés par la disponibilité en lumière (Myneni et al. 2007 ; Huete et al. 2006 ; Bi et al. 2015)⁠ : la saison de plus forte (faible) activité photosynthétique correspond à la saison la plus lumineuse (sombre), la saison sèche (des pluies). En effet, les cumuls annuels de précipitations, majoritairement > 2000mm / an, permettent le maintien d’une disponibilité en eau suffisante au cours de la saison sèche (Guan et al. 2015)⁠. D’autres études montrent par ailleurs que les forêts seraient plus vertes lorsque la lumière diffuse prend le dessus sur la lumière directe (Rap et al. 2015)⁠.
Malgré cette importance, l’évolution au cours du cycle annuel et à travers le massif forestier de la quantité de lumière disponible est encore très mal connue. Philippon et al. (2015)⁠ à l’IGE ont développé, pour le massif forestier d’Afrique Centrale, et à partir de données satellites de rayonnement solaire incident, une méthode originale d’analyse de la disponibilité en lumière. Basée sur une classification des cycles diurnes de rayonnement, puis le calcul de leur fréquence au cours du cycle annuel, ils mettent à jour d’importantes disparités spatiales dans la quantité de lumière diffuse et directe reçue par les forêts, disparités qui semblent expliquer celles observées dans les types de forêts.

L’objectif principal du stage de M2 est de dresser une image plus précise des conditions de lumière sous lesquelles croissent les forêts d’Amazonie. Il s’appuiera sur l’analyse d’estimations satellites journalières à infra-journalières de rayonnement solaire incident direct et diffus (données CERES SYN1deg), et de rayonnement utile pour la photosynthèse (PAR - BESS), ainsi que de données in-situ pour une dizaine de stations à travers le massif forestier amazonien (Solar-Rad). Des estimations de T°, humidité relative, précipitations et nébulosité seront également analysées afin de comprendre l’évolution de ces paramètres conjointe aux évolutions de rayonnement. Enfin, la comparaison avec les travaux réalisés sur l’Afrique Centrale, permettra d’évaluer les différences de disponibilité en lumière entre les deux massifs forestiers.

Profil recherché :
Etudiant issu d’un cursus en Sciences de l’Atmosphère, de l’Environnement ou de Géographie Physique avec de bonnes connaissances en rayonnement solaire, climatologie tropicale et statistiques pour l’analyse de séries temporelles.
Maîtrise de la programmation Matlab et ou Python, de a récupération et la gestion de bases de données volumineuses – environnement Unix/Linux.
Autonomie et capacité de synthèse – bon niveau d’anglais

Lieu et période du stage : Institut des Géosciences et de l’Environnement, Grenoble – mi-février – fin juin 2019

Financement : acquis dans le cadre du projet « Water and lighT availability in tropical Forests » (WaTFor) financé par le TOSCA CNES

Références bibliographiques
Bi, J., Y. Knyazikhin, S. Choi, T. Park, J. Barichivich, P. Ciais, and R. Fu, 2015 : Sunlight mediated seasonality in canopy structure and photosynthetic activity of Amazonian rainforests. Environ. Res. Lett., 10, doi:10.1088/1748-9326/10/6/064014.
Guan, K., and Coauthors, 2015 : Photosynthetic seasonality of global tropical forests constrained by hydroclimate. Nat. Geosci., 8, 284–289, doi:10.1038/ngeo2382
Huete, A. R., and Coauthors, 2006 : Amazon rainforests green-up with sunlight in dry season. Geophys. Res. Lett., 33, L06405, doi:10.1029/2005GL025583.
Myneni, R. B., and Coauthors, 2007 : Large seasonal swings in leaf area of Amazon rainforests. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 104, 4820–4823, doi:10.1073/pnas.0611338104.
Pan, Y., and Coauthors, 2011 : A large and persistent carbon sink in the world’s forests. Science, 333, 988–993, doi:10.1126/science.1201609.
Philippon, N., and Coauthors, 2015 : Contribution of the analysis of the diurnal cycles for understanding the climatic drivers of the rainforest photosynthetic activity in Central Africa. Our common future under climate change, Paris, 7–10 juillet.
Rap, A., and Coauthors, 2015 : Fires increase Amazon forest productivity through increases in diffuse radiation. Geophys. Res. Lett., doi:10.1002/2015GL063719..
Spracklen, D. V., S. R. Arnold, and C. M. Taylor, 2012 : Observations of increased tropical rainfall preceded by air passage over forests. Nature, 489, 282–285, doi:10.1038/nature11390.

Pour candidater : Adresser un CV et une lettre de motivation par email à l’adresse ci-dessous
nathalie.philippon univ-grenoble-alpes.fr