Recherche

Survol

Une grande partie des paysages subarctiques et arctiques incluant les écosystèmes de forêt boréale, tourbières et toundra contiennent du pergélisol, c’est-à-dire  du sol gelé de façon permanente que l’on retrouve sous une couche active qui dégèle de façon saisonnière.  Les activités de surveillance circumpolaire et les projections de modélisation suggèrent une augmentation de l’épaisseur de la couche active dans les régions de pergélisol nordiques. La dégradation continue du pergélisol est suivie par la disparition complète de celui-ci le long de sa frontière sud. Cette augmentation de l’épaisseur de la couche active et la dégradation du pergélisol et/ou sa disparation ont des conséquences importantes pour les paysages subarctiques et arctiques canadiens. Celles-ci incluent des changements au niveau de la composition, de la structure et du fonctionnement de la végétation, des altérations de l’hydrologie et l’exposition d’une plus grande proportion de carbone organique du sol à la décomposition microbienne. Avec l’augmentation de la fréquence et intensité des perturbations projetée  (ex.feu), ces conséquences ont le potentiel de changer le fonctionnement des paysages canadiens subarctiques et arctiques en tant que partie du système climatique. Ces éventualités seraient possibles en changeant d’importantes caractéristiques de la surface émergée (ex. albédo) et par des émissions de dioxyde de carbone et/ou de méthane additionnelles dans l’atmosphère. En établissant un réseau régional de tours micrométéorologiques pour mesurer, à l’échelle des écosystèmes, les échanges net de dioxyde de carbone, de méthane, d’eau et de chaleur à l’aide de la technique de covariance des turbulences le long d’un gradient latitudinal de pergélisol à travers la taïga des plaines aux Territoires du Nord-Ouest  (Figure 1), notre groupe de recherche va contribuer à une meilleure compréhension basée sur les procédés du fonctionnement des écosystèmes de forêt boréale, tourbière et toundra sous l’influence des conditions changeantes du pergélisol en tant que partie intégrale du système climatique.

Sites de Recherche

L’élément central de notre recherche est un mésoréseau régional en expansion de quatre tours micrométéorologiques à travers la taïga des plaines aux Territoires du Nord-Ouest (Figure 1), pour mesurer la densité des flux verticaux de dioxyde de carbone, de méthane, d’eau et de chaleur entre la surface émergée et l’atmosphère à l’échelle de l’écosystème à l’aide de la méthode de covariance des turbulences (Baldocchi et al., 1988; Goulden et al., 2006).

overview_website_sept2014-1024x580

Figure 1: Un réseau régional de tours micrométéorologiques pour la prise de mesure à l’aide de la méthode de covariance des turbulences à travers la région écoclimatique de la taïga des plaines.

La région écoclimatique de la taïga des plaines couvre 550,000 km2 et occupe environ 48% des Territoires du Nord-Ouest. Le réseau régional s’étend sur un gradient climatique et de pergélisol latitudinal de ~1,000km à partir de  61° 18’ N au sud près de Fort Simpson (température moyenne annuelle: -3.2°C, précipitations annuelles totales: 300-400mm) jusqu’à 68° 44’ N au nord près de Inuvik (température moyenne annuelle: -9.3°C, précipitations annuelles totales: 200-300mm). La prise de données a commencé aux trois sites de recherche en avril 2013: Scotty Creek (paysage de forêt boréale et tourbière avec pergélisol sporadique; Quinton et al., 2009) près de Fort Simpson, Havikpak Creek (forêt boréale avec pergélisol continue;Eaton et al., 2001) et Trail Valley Creek (toundra avec pergélisol continue) près de Inuvik. Une tour micrométéorologique supplémentaire sera construite et instrumentée en mai 2015 à environ 30km au sud-est de Wrigley le long du côté est de la rivière Mackenzie (nom scientifique à déterminer; paysage de forêt boréale et tourbière avec pergélisol discontinu).

Trois des quatre sites de recherche sont au sud de la limite des arbres (Scotty Creek, Wrigley, Havikpak Creek) et présentent une végétation caractéristique de la forêt boréale dominée par l’épinette noire (Picea mariana) et différentes espèces d’arbustes  (e.g., Ledum sp., Kalmia sp.), de lichen et de mousses (Sphagnum sp.) avec des lacs dispersés à travers le paysage (conséquences des paramètres géomorphologiques et de la dégradation du pergélisol résultant en de lacs peu profonds issus du dégel) et des tourbières. Celles-ci incluent des tourbières ombrotrophes sans arbres présentant différentes mousses Sphagnum et des tourbières hétérotrophes dominées par des canopées basses de carex (Carex sp.) et parfois de mélèze laricin (Larix laricina). Du sud au nord, la couverture de forêt boréale supportée par le pergélisol augmente (Scotty Creek < Wrigley < Havikpak Creek) alors que les températures moyennes annuelles, l’épaisseur de la couche active, l’épaisseur de la couche de sol organique et le nombre et taille des lacs de dégel sans pergélisol et tourbières diminue (Scotty Creek > Wrigley > Havikpak Creek). Comme les études actuelles se concentrent surtout sur les sites de toundra avec du pergélisol continu (e.g., Humphreys and Lafleur, 2011), Trail Valley Creek, majoritairement caractérisé par de l’herbe basse, du lichen et des mousses Sphagnum est considéré comme représentatif des sites de toundra.

Les mesures prises à l’aide de la méthode de covariance des turbulences à travers ce réseau régional sont complémentées par des arpentages répétés et des mesures de la surface du sol et de la topographie, végétation et des conditions micrométéorologiques et environnementales de la table de gel-dégel. Le tout dans les buts respectifs de comprendre l’influence des dynamiques spatiales et temporelles du pergélisol sur la composition, structure et fonctionnement de la végétation et l’analyse de l’empreinte obtenue par télédétection pour caractériser l’hétérogénéité du paysage.

Références: Baldocchi D.D. et al. (1988), Ecology, 69, 1331-1340; Eaton A.K. et al. (2001), Journal of Climate, 14, 3692-3703; Goulden M. et al. (2006), Global Change Biology, 12, 2146-2162; Humphreys E. and Lafleur P. (2011), Geophysical Research Letters, 38, L09703; Quinton W. et al. (2009), Canadian Water Resources Journal, 34, 311-328.


Remerciements: Nous reconnaissons le généreux financement  à travers différents programmes: Canada Foundation for Innovation, Natural Sciences and Engineering Research Council, Canada Research Chair, Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, Polar Continental Shelf and Environment Canada.