Mars’ climate has undergone many massive changes over the course of it’s lifetime. In order toestablish how Mars lost the vast majority of its water, we must be able to understand how Marsis losing its atmosphere today. By understanding the current escape rates of H and D and theprocesses that control them, we can extrapolate back in time to model the escape rates under pastconditions. By using the Exospheric General Model (EGM) developed by researchers at LATMOS,Sorbonne University, I have simulated the density profiles and escape rates of H, D, related isotopesand particles due to collisions with hot oxygen particles in the Martian exosphere at the currentepoch at mean solar activity. By adding H and D to the model and implementing changes to theprogram between simulations, I have improved the accuracy of the escape rate of these particlesfrom Mars in the EGM. While my results for H, H2 and HD reflect what has been observed fromin-situ Martian Satellite, MAVEN, future work is needed to include the solar wind interaction for Din the model, as it has been shown to be significant and has been left out of this work.

No Abstract / Thesis / Bachelor of Arts (BA)

L’usage des véhicules tout-terrain (VTT) est largement répandu en Minganie, municipalité régionale de comté reconnue pour ses grandes étendues de tourbières. Ce mémoire vise à comprendre les effets de cette perturbation linéaire en déterminant la distance d’influence des sentiers de VTT sur la végétation et les caractéristiques physiques des tourbières. De plus, il vise à déterminer l’ampleur de l’impact en fonction des caractéristiques des sentiers (largeur, profondeur et nombre de sillons). Répartis dans un rayon de 200 km autour de la municipalité de Havre-Saint-Pierre, 18 transects d’échantillonnage ont permis de constater un effet localisé et limité des sentiers de VTT sur la végétation et les variables abiotiques. Un sol dénudé et une plus grande densité de la tourbe ont été observés à l’emplacement du sentier. De plus, une couverture végétale plus faible a été constatée dans les sentiers, car près du quart des espèces ne résistent pas aux passages des VTT. Quatre espèces indicatrices associées aux placettes hors sentier (K. angustifolia, R. groenlandicum, C. rangiferina et S. fuscum) semblent partager des caractéristiques communes (p. ex. : forme érigée, branches basses et ligneuses, thalle friable) les rendant moins tolérantes aux passages des VTT. Certains sentiers couvrent des zones très étendues, surtout s’ils sont dans des zones fortement humides, de sorte que l'impact global du passage des VTT, bien que limité aux sentiers eux-mêmes, peut être très important localement. Puisque l'utilisation des VTT est une pratique en croissance dans la région, une gestion de leur utilisation dans les milieux sensibles ou une sensibilisation des utilisateurs de VTT sur les conditions des tourbières pourrait réduire les effets négatifs et assurer un usage durable pour maintenir les services écologiques fournis par les tourbières. / All-terrain vehicles (ATVs) are widely used in Minganie, a region known for its vast expanses of peat bogs. This thesis aims to understand the effects of this linear disturbance by determining the distance of influence of ATV trails on the vegetation and physical characteristics of the peatlands. In addition, it aims to determine the magnitude of the effect based on trail characteristics (width, depth, and number of ruts). Located within a 200 km radius of the municipality of Havre-Saint-Pierre, 18 sampling transects revealed a localized and limited effect of ATV trails on vegetation and abiotic variables. Bare soil and higher peat density were observed at the trail location. In addition, lower vegetation cover was observed on the trails, as nearly a quarter of the species did not survive the ATV passages. Four indicator species associated with the off-trail plots (K. angustifolia, R. groenlandicum, C. rangiferina, and S. fuscum) appear to share common characteristics that make them less tolerant of ATV traffic (i.e., erect form, base-branched woody stems, brittle thallus). Some trails cover wide areas, especially if they are in very wet areas, hence the global impact of ATV passage, while limited to the trails themselves, can be quite severe locally. Since ATV use is a growing activity in the region, managing ATV use in sensitive areas or awareness among ATV users about peatland conditions could reduce negative impacts and ensure sustainable use to maintain the ecosystem services provided by peatlands.

Le réservoir de carbone de sol est un élément clé du cycle global du carbone et donc du système climatique. Les sols et le carbone organique qu'ils contiennent constituent le plus grand réservoir de carbone des écosystèmes terrestres. Ce réservoir est également responsable du stockage d'une grande quantité de carbone prélevé de l'atmosphère par les plantes par la photosynthèse. C'est pourquoi les sols sont considérés comme une stratégie de mitigation viable pour réduire la concentration atmosphérique de CO2 dûe aux émissions globales de CO2 d'origine fossile. Malgré son importance, des incertitudes subsistent quant à la taille du réservoir global de carbone organique de sol et à ses dynamiques. Les modèles de biosphère terrestre sont des outils essentiels pour quantifier et étudier la dynamique du carbone organique de sol. Ces modèles simulent les processus biophysiques et biogéochimiques au sein des écosystèmes et peuvent également simuler le comportement futur du réservoir de carbone organique de sol en utilisant des forçages météorologiques appropriés. Cependant, de grandes incertitudes dans les projections faite par les modèles de biosphère terrestre sur les dynamiques du carbone organique de sol ont été observées, en partie dues au problème de l'équifinalité. Afin d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone organique de sol, cette recherche visait à optimiser les paramètres du schéma de carbone de sol contenu dans le modèle de schéma canadien de surface terrestre incluant les cycles biogéochimiques (CLASSIC), afin de parvenir à une meilleure représentation de la dynamique du carbone organique de sol. Une analyse de sensibilité globale a été réalisée pour identifier lesquels parmis les 16 paramètres du schéma de carbone de sol, n'affectaient pas la simulation du carbone organique de sol et de la respiration du sol. L'analyse de sensibilité a utilisé trois sites de covariance des turbulences afin de représenter différentes conditions climatiques simulées par le schéma de carbone de sol et d'économiser le coût calculatoire de l'analyse. L'analyse de sensibilité a démontré que certains paramètres du schéma de carbone de sol ne contribuent pas à la variance des simulations du carbone organique de sol et de la respiration du sol. Ce résultat a permis de réduire la dimensionnalité du problème d'optimisation. Ensuite, quatre scénarios d'optimisation ont été élaborés sur la base de l'analyse de sensibilité, chacun utilisant un ensemble de paramètres. Deux fonctions coûts ont été utilisées pour l'optimisation de chacun des scénarios. L'optimisation a également démontré que la fonction coût utilisée avait un impact sur les ensembles de paramètres optimisés. Les ensembles de paramètres obtenus à partir des différents scénarios et fonctions coûts ont été comparés à des ensembles de données indépendants et à des estimations globales du carbone organique de sol à l'aide de métrique tel la racine de l'erreur quadratique moyenne et le bias, afin d'évaluer l'effet des ensembles de paramètres sur les simulations effectuées par le schéma de carbone de sol. Un ensemble de paramètres a surpassé les autres ensembles de paramètres optimisés ainsi que le paramétrage par défaut du modèle. Ce résultat a indiqué que la structure d'optimisation était en mesure de produire un ensemble de paramètres qui simulait des valeurs de carbone organique de sol et de respiration du sol qui étaient plus près des valeurs observées que le modèle CLASSIC par défaut, améliorant la représentation de la dynamique du carbone du sol. Cet ensemble de paramètres optimisés a ensuite été utilisé pour effectuer des simulations futures (2015-2100) de la dynamique du carbone organique de sol afin d'évaluer son impact sur les projections de CLASSIC. Les simulations futures ont montré que l'ensemble de paramètres optimisés simulait une quantité de carbone organique de sol 62 % plus élevée que l'ensemble de paramètres par défaut tout en simulant des flux de respiration du sol similaires. Les simulations futures ont également montré que les ensembles de paramètres optimisés et par défaut prévoyaient que le réservoir de carbone organique de sol demeurerait un puits de carbone net d'ici 2100 avec des sources nettes régionales. Cette étude a amélioré globalement la représentation de la dynamique du carbone organique de sol dans le schéma de carbone de sol de CLASSIC en fournissant un ensemble de paramètres optimisés. Cet ensemble de paramètres devrait permettre d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone du sol. / The soil carbon pool is a vital component of the global carbon cycle and, therefore, the climate system. Soil organic carbon (SOC) is the largest carbon pool in terrestrial ecosystems. This pool stores a large quantity of carbon that plants have removed from the atmosphere through photosynthesis. Because of this, soils are considered a viable climate change mitigation strategy to lower the global atmospheric CO2 concentration that is presently being driven higher by anthropogenic fossil CO2 emissions. Despite its importance, there are still considerable uncertainties around the size of the global SOC pool and its response to changing climate. Terrestrial biosphere models (TBM) simulate the biogeochemical processes within ecosystems and are critical tools to quantify and study SOC dynamics. These models can also simulate the future behavior of SOC if carefully applied and given the proper meteorological forcings. However, TBM predictions of SOC dynamics have high uncertainties due in part to equifinality. To improve our understanding of SOC dynamics, this research optimized the parameters of the soil carbon scheme contained within the Canadian Land Surface Scheme Including Biogeochemical Cycles (CLASSIC), to better represent SOC dynamics. A global sensitivity analysis was performed to identify which of the 16 parameters of the soil carbon scheme did not affect simulated SOC stocks and soil respiration (Rsoil). The sensitivity analysis used observations from three eddy covariance sites for computational efficiency and to encapsulate the climate represented by the global soil carbon scheme. The sensitivity analysis revealed that some parameters of the soil carbon scheme did not contribute to the variance of simulated SOC and Rsoil. These parameters were excluded from the optimization which helped reduce the dimensionality of the optimization problem. Then, four optimization scenarios were created based on the sensitivity analysis, each using a different set of parameters to assess the impact the number of parameters included had on the optimization. Two different loss functions were used in the optimization to assess the impact of accounting for observational error. Comparing the optimal parameters between the optimizations performed using the different loss functions showed that the loss functions impacted the optimized parameter sets. To determine which optimized parameter set obtained by each loss function was most skillful, they were compared to independent data sets and global estimates of SOC, which were not used in the optimization using comparison metrics based on root-mean-square-deviation and bias. This study generated an optimal parameter set that outperformed the default parameterization of the model. This optimal parameter set was then applied in future simulations of SOC dynamics to assess its impact upon CLASSIC's future projections. These future simulations showed that the optimal parameter set simulated future global SOC content 62 % higher than the default parameter set while simulating similar Rsoil fluxes. The future simulations also showed that both the optimized and default parameter sets projected that the SOC pool would be a net sink by 2100 with regional net sources, notably tropical regions.

L’industrie minière de l’amiante a profondément transformé les paysages du sud du Québec, laissant environ 800 millions de tonnes de résidus miniers sous la forme de haldes près des villes minières telles Thetford Mines et Black Lake. Certains enjeux environnementaux découlant de ces paysages, notamment l’érosion des haldes par le vent et l’eau, ont été atténués avec succès sur certains sites en les recouvrant de technosols composés d’un mélange de matières résiduelles fertilisantes, puis en les ensemençant avec des graminées. Cependant, aucune tentative de boisement n’avait été faite jusqu’à présent, car ces milieux étaient considérés comme trop contraignants pour l’établissement et la croissance des arbres. Dans cette étude, nous avons développé deux plantations expérimentales dans une mine d’amiante en déclassement dans le sud du Québec, sur des stériles et sur des résidus miniers, dans lesquelles a été comparée la performance de huit espèces d’arbres, clones et provenances plantés sur deux types de technosols, tous deux construits à partir d’un mélange de biosolides municipaux et de boues de désencrage aménagés en andains. Les propriétés physiques et chimiques des technosols, comme l’état hydrique et l’activité ionique du sol, ainsi que la survie et la croissance des arbres, ont été évaluées. La nutrition foliaire et l’utilisation de l’eau ont également été étudiées pour trois clones de peupliers hybrides au cours de leur troisième saison de croissance. Les clones de peupliers hybrides avaient une survie significativement plus élevée (87 à 94 %) après trois ans que toutes les espèces de conifères (10 à 56 %) testées. L'espèce résineuse présentant les taux de survie les plus élevés était l'épinette blanche (46 à 56 %). Les conditions sèches lors de la mise en terre peuvent en partie expliquer les taux de mortalité plus élevés des conifères. Les taux de croissance moyens des peupliers hybrides étaient de 45 cm an-1, alors que certains arbres atteignaient plus de 300 cm de hauteur après trois ans. Le phosphore et le potassium étaient les nutriments qui limitaient le plus la croissance. Le clone DN×M-915508 semble être le plus tolérant à la sécheresse. Bien qu'il y ait peu de différences entre les technosols, les résultats suggèrent que l'ajout de sols contaminés de classe B au mélange de matières résiduelles fertilisantes a des avantages pour la survie et la croissance des arbres, probablement en raison du volume de sol plus élevé. Notre étude a démontré une technologie prometteuse pour la remise en état par le boisement des mines d’amiante du sud du Québec. Certains traitements devraient être ajoutés pour limiter la concurrence des plantes au cours des premières années afin d'augmenter la survie et la croissance des arbres, alors qu'un volume limité de technosol et donc une faible disponibilité en humidité et en nutriments pourraient compromettre la croissance à moyen et long terme des arbres. / The asbestos mining industry has deeply transformed the landscapes of southern Quebec, leaving about 800 million tons of tailings and waste rock in large piles near former mining towns such as Thetford Mines and Black Lake. Some of the environmental issues arising from these landscapes (e.g. wind and water erosion) have been successfully addressed at some sites by covering the piles with a mixture of by-products as the technosol and then seeding with grasses. However, no attempt for afforestation had been made thus far because these environments were thought to pose too many constraints on tree establishment and growth. In this study, we developed two experimental plantations at a decommissioned asbestos mine in southern Quebec, on waste rocks and on tailings, as a means to test the performance of eight tree species/clones/provenances planted on two types of technosols, both mainly constructed from the mixing of municipal biosolids and deinking sludge and configured in small windrows. Physical and chemical properties of technosols, including soil water availability and ionic activity, and seedling survival and growth were assessed. Foliar nutrition and water use were also evaluated for three hybrid poplar clones during the third growing season. Hybrid poplar clones had significantly higher survival (87 to 94%) after three years than all conifer species (10 to 56%) tested, although dry conditions at planting could have had adverse effects on conifers. The conifer species exhibiting the highest survival rates was white spruce (46 to 56%). Average growth rates of hybrid poplars were 45 cm y-1, whereas some trees reached over 300 cm in height after three years. Clone DN×M-915508 is believed to be more drought tolerant than the other hybrid poplar clones tested. Phosphorus and potassium were the most growth-limiting nutrients. Although there were few differences between the technosols, results suggest that the addition of Class B contaminated soils to the main mixture of by-products has benefits regarding tree survival and growth, likely because of its larger volume. Our study demonstrated a promising technology for reclamation through afforestation of asbestos mines in southern Quebec. Some treatments should be added to limit plant competition within the first few years as a means to increase survival and growth, whereas limited technosol volume and thus low moisture and nutrient availability could compromise mid- to long-term growth of trees.

Global warming is caused by the human induced increase of Greenhouse Gases (GHG) in the atmosphere. GHG emissions need to be reduced, and carbon dioxide (CO2) emissions from fossil sources ceased to mitigate global warming. Energy production and use is a main contributor to fossil sourced emissions in Europe. Sweden has a high part renewable power production but not completely, to have a 100% renewable power production by 2040 is a goal set by Swedish government. By 2045 Sweden also plans to have net zero emissions nationwide and afterwards negative emissions of CO2, to reduce global warming and reach the Paris agreement of maximum 1.5°C global warming level it is urgent and vital to create Carbon (C) sinks and to reach neutral and even negative emissions within the energy sector. Negative emissions can be reached in Combined Heat and Power plants (CHP) by Bio Carbon Capture and Storage (Bio-CCS). Demand on wood chips and bio-energy fuel is increasing on the European continent. A local source of biofuel might contribute to shorter transports, a local C-sink, security in supply and a way to meet both the increasing competition of fuel and the environmental political targets. Here we investigate the available land for local production of bioenergy forests in Södertälje and the amount of energy possible to produce from that. Using a detailed biotope database over the municipality, Biotopdatabasen, and a Geographical Information System (GIS) based approach 5 scenarios of potential land areal for planting of energy forests in the municipality have been analysed. Different criteria selections in biotopes, grasslands and historical crop fields, and land use, used or un-used, builds the scenarios; 1. All available grasslands, 1010 ha, 2. All available grasslands on earlier crop fields, 815 ha, 3. Unused available grassland on earlier crop field, 300 ha, 4. Available land on earlier crop fields, including forestry, 1715 ha, 5. Unused available land on earlier crop fields, 366 ha. Gross annual energy yields from energy forest in the scenarios were estimated to; 1. 46,2-65,1 GWh/y, 2. 37,3-52,5 GWh/y, 3. 13,7-19,3 GWh/y, 4. 78,4-110,5 GWh/y, 5. 16,7-23,6 GWh/y. The yield from all these scenarios will, in the expected gross normal yield scenario, match the energy produced today by fossil fuels in the local CHP and heating plant (0.64%, 2020) yields 0.69-3.96% of total energy produced. Scenarios 3 and 5 are considered likely scenarios but the effect on spreading pathways and thereby biodiversity needs to be assessed, using old crop fields lowers the risk of harming important biodiversity and possibly help restore C sink in soils.

Abstract A wildfire is an uncontrollable fire in an area of combustible fuel that occurs in the wild or countryside area. Wildfires are becoming a deadly and frequent event in Europe due to extreme weather conditions. In 2018, wildfires profoundly affected Sweden, Finland, and Norway, which were not big news before. In Norway, although there is well–organized fire detection, warning, and mitigation systems, mapping wildfire risk areas before the fire occurrence with georeferenced spatial information, are not yet well-practiced. At this moment, there are freely available remotely sensed spatial data and there is a good possibility that analysing wildfire hazard areas with geographical information systems together with multicriteria decision analysis (GIS–MCDA) and frequency ratio models in advance so that subsequent wildfire warning, mitigation, organizational and post resilience activities and preparations can be better planned.  This project covers eight counties of Norway: Oslo, Akershus, Østfold, Vestfold, Telemark, Buskerud, Oppland, and Hedmark. These are the counties with the highest wildfire frequency for the last ten years in Norway. In this study, GIS-MCDA integrated with analytic hierarchy process (AHP), and frequency ratio models (FR) were used with selected sixteen–factor criteria based on their relative importance to wildfire ignition, fuel load, and other related characteristics. The produced factor maps were grouped under four main clusters (K): land use (K1), climate (K2), socioeconomic (K3), and topography (K4) for further analysis. The final map was classified into no hazard, low, medium, and high hazard level rates. The comparison result showed that the frequency ratio model with MODIS satellite data had a prediction rate with 72% efficiency, followed by the same model with VIIRS data and 70% efficiency. The GIS-MCDA model result showed 67% efficiency with both MODIS and VIIRS data. Those results were interpreted in accordance with Yesilnacar’s classifications such as the frequency ratio model with MODIS data was considered a good predictor, whereas the GIS-MCDA model was an average predictor. When testing the model on the dependent data set, the frequency ratio model showed 72% with MODIS & VIIRS data, and the GIS-MCDA model showed 67% and 68% performance with MODIS and VIIRS data, respectively. In the hazard maps produced, the frequency ratio models for both MODIS and VIIRS showed that Hedmark and Akershus counties had the largest areas with the highest susceptibility to wildfires, while the GIS-MCDA method resulted to Østfold and Vestfold counties. Through this study, the best independent wildfire predictor criteria were selected from the highest to the lowest of importance; wildfire constraint and criteria maps were produced; wildfire hazard maps with high-resolution georeferenced data using three models were produced and compared; and the best, reliable, robust, and applicable model alternative was selected and recommended. Therefore, the aims and specific objectives of this study should be considered and fulfilled.

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