For St. John's, Newfoundland, at the confluence of several North American storm tracks, we identify synoptic-scale characteristics and precursors of various classes of cool-season precipitation events. / Such events, based upon a climatology for 1979-2005, are separated into three categories based on precipitation amount. We find that the storm systems responsible for extreme precipitation events originate farther south and east than corresponding features in moderate and light events. A wind climatology shows that extreme precipitation events at St. John's are characterized almost exclusively by easterly surface and 925 hPa geostrophic winds, and that both the surface and 925 hPa geostrophic winds rotate clockwise with decreasing precipitation amount. / Focusing on extreme events, we utilize two methods of manual synoptic typing to further partition events. The first method uses backward air parcel trajectories to separate events by air parcel source region. One subset of events ("west") is characterized by strong upper-level dynamics and high precipitable water values in the central United States, which helps to produce a strong cyclone upon reaching the Atlantic Ocean; this is not seen for "west" events outside the extreme category. The second method of synoptic typing utilizes time series of three ascent-forcing quasi-geostrophic (QG) variables. While most events are characterized by a strong upstream sea-level cyclone originating from the Gulf of Mexico ("cyclone"), a subset are dominated by strong low-level frontogenesis, in the absence of a substantial upstream cyclone ("frontal"). / Finally, a dynamic and thermodynamic analysis, and forecast model evaluation is completed for consecutive extreme events in December 2008, which produced over 125 mm of precipitation over six days. The first event is a "cyclone", and is marked by strong QG forcing for ascent in the presence of low static stability and high values of subtropical moisture. The second event is a "frontal" event, and is associated with a persistent quasi-stationary baroclinic zone in the presence of moderately stable air and large values of low-level frontogenesis, in the absence of substantial temperature and vorticity advection. These two events highlight rather disparate means by which an extreme precipitation event can occur at St. John's. / Pour St. John's, Terre-Neuve, à la confluence de plusieurs trajectoires de tempêtes nord-américaines, nous identifions des caractéristiques à l'échelle synoptique et des précurseurs d'une variété de type d'événements de précipitation de la saison froide. / Ces événements, basés sur une climatologie allant de 1979-2005, sont séparés en trois catégories basées sur la quantité de précipitation. Nous trouvons que les systèmes de tempêtes responsables des événements de précipitation extrêmes débutent plus au sud et à l'est que les événements correspondants avec précipitation modérée ou faible. Une climatologie des vents montre que les événements de précipitation extrêmes à St. John's sont caractérisés presque exclusivement par des vents de surface et géostrophique à 925 hPa provenant de l'est, et tournant dans le sens des aiguilles d'une montre avec une diminution de la quantité de précipitation. / En se concentrant sur les événements extrêmes, nous utilisons deux méthodes de classification synoptique manuelle pour séparer davantage les événements. La première méthode utilise une trajectoire renversée des parcelles d'air pour séparer les événements en fonction de leur région d'origine. Un sous-ensemble des événements ("ouest") est caractérisé par une forte dynamique dans les niveaux supérieurs et des valeurs d'eau précipitable élevées dans le centre des États-Unis, ce qui aide à produire un puissant cyclone lorsque l'océan Atlantique est atteint; ceci n'est pas observé pour les événements "ouest" en dehors de la catégorie des extrêmes. La seconde méthode utilise des séries temporelles de trois variables quasi-géostrophiques (QG) forçant l'ascension. Bien que la plupart des événements sont caractérisés par un puissant cyclone au niveau de la mer en amont qui origine du Golfe du Mexique ("cyclone"), un sous-ensemble est dominé par une forte frontogenèse dans les niveaux inférieurs, en l'absence substantielle de cyclone en amont ("frontal"). / Finalement, une analyse dynamique et thermodynamique, ainsi qu'une évaluation de modèle de prévision est complétée pour des événements extrêmes consécutifs en décembre 2008, qui produisent plus de 125 mm de précipitation sur une période de six jours. Le premier événement est du type "cyclone", et est marqué par un puissant forçage QG d'ascension en présence de faible stabilité statique et de hautes valeurs d'humidité subtropicale. Le deuxième événement est de type "frontal", et est associé à une zone barocline persistante d'air modérément stable et de hautes valeurs de frontogenèse dans les niveaux inférieurs en absence d'advection de température et de vorticité substantielle. Ces deux événements mettent en valeur des manières plutôt différentes par lesquelles un événement de précipitation extrême peut se produire à St. John's.

This study focuses on characterizing cloud and precipitation features over southern Baffin Island and the adjacent oceanic regions for the period 1 October, 2007 through 30 November, 2007; corresponding with the Storm Studies in the Arctic (STAR) field research project in Iqaluit, Nunavut, Canada. Satellite data obtained from CloudSat and Aqua are primarily used whereby a two-month analysis of clouds and precipitation features was carried out. Additionally, two precipitating events and the remnants of Hurricane Noel were studied in greater detail. Preliminary results indicate that most storms over the region were deep (>7 km cloud tops), single-layer cloud systems. However, multiple layers (up to 4 layers) sometime occur. Elevated reflectivity values above the surface (bright band and sublimation/evaporation situations) and on the windward side of mountain chains (orographic precipitation) are also evident along with strong vertical and horizontal variations in reflectivity and water content. / Cette étude se concentre sur la caractérisation des nuages et de la précipitation au-dessus de la portion sud de l'île de Baffin ainsi que la région océanique adjacente durant la période du 1 octobre au 30 Novembre 2007. C'est durant cette même période qu'a eu lieu l'Étude des Tempêtes dans l'Arctique, une expérience de terrain à Iqaluit, Nunavut, Canada. Les données satellite obtenues de CloudSat et d'Aqua sont utilisées pour créer une climatologie d'une durée de deux mois et une analyse des caractéristiques des nuages et de la précipitation. De plus, deux événements de précipitations et les vestiges de l'ouragan Noël ont été étudiés en plus grand détails. Les résultats préliminaires indiquent que la plupart des orages au-dessus de cette région sont des systèmes profonds (le haut des nuages sont d'une élévation supérieurs à 7km) et sont composés d'une seule couche de nuages. Par contre, des systèmes à plusieurs couches de nuages (un maximum de quatre couches) peuvent parfois être observes. Les valeurs élevées de réflectivité radar au-dessus de la surface (bande brillantes et situation d'évaporation et de sublimation) et sur le côté du vent des chaînes montagneuses (précipitation orographique) sont aussi évidentes en présence d'importantes variations verticales et horizontales en réflectivité et en teneur d'eau.

Soil erosion is a complex, natural process that often is accelerated by such human activities as land clearance, agriculture, construction, and surface mining. Accurate soil erosion type/intensity maps can be effective tools in aid of soil erosion control efforts. / The principal objective of this research was to use geographic information system (GIS) and remotely sensed data to extract and define erosion types/intensities over a large area (4,511.8 km2) in Iran. The study proceeded in three major steps: (i) a 10-m resolution digital elevation model (DEM), land slope, elevation range, and stream network pattern were created. These basic identifying parameters plus Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) images were used to differentiate various landforms, (ii) a land use and land cover map was created based on analysis of three Landsat Enhanced Thematic Mapper (ETM+) images from the growing season plus use of a landform map and climatic zones as ancillary information, and (iii) in order to extract and identify various erosion types/intensities, the difference in brightness combination over two growing season intervals derived from the Landsat ETM+ images were used. Further, land slope, landform, land use, and land cover layers were used to assist in the classification of the erosion types (interrill and rill). / The approach presented produced soil erosion type/intensity maps with an overall accuracy of 93.4%. Considering only rangeland and forest a unique relationship exists between seasonal brightness combinations and erosion intensity. It was found that for the lower erosion levels it is the later season or second brightness combination (BJS) which indicates degree of erosion intensity, but for the areas of severe and very severe erosion it is the early season or first brightness combination (BMJ) that differentiates degree of erosion intensity. Further, this study illustrated that land use, land cover, landform, and land slope layers can be used for differentiating erosion types. / The approach presented has been shown to be an effective tool for the creation of soil erosion maps over a large area of Iran and is expected to be useful for aiding in the development of soil conservation and watershed management plans in other areas. The main advantages of this approach are accuracy, lower demands on time and funds for field work and ready availability of required data for many regions of the world. / Processus naturel complexe, l'érosion du sol est fréquemment exacerbée par les activités anthropiques telles le défrichage, l'agriculture, la construction, et l'exploitation minière à ciel ouvert. Une cartographie précise du type et de l'intensité d'érosion du sol peut s'avérer un outil efficace dans une lutte contre l'érosion. / Les présentes recherches visèrent l'utilisation de SIG et de données de télédétection dans la localisation et l'identification de divers types d'érosion sur une aire de grande étendue (4,511.8 km2) en Iran. L'étude s'échelonna sur trois étapes: (i) un modèle altimétrique numérique (MAN) d'une résolution de 10 m servit à créer des plans de pente du terrain, d'altitude, et du tracé hydrographique. Différentes formes de relief furent différenciés grâce à ces paramètres identificateurs et à des images provenant de radiomètre spatial de pointe pour l'étude de la réflectance et des émissions thermiques terrestres (ASTER), (ii) une carte d'affectation et de couvert du sol fut tracée selon l'analyse de trois images Landsat ETM+ prises durant la saison de croissance ainsi que des informations supplémentaires tirés de cartes de relief et de zones climatiques, et (iii) la différence dans la combinaison de brillances provenant d'images Landsat ETM+, lors de deux intervalles de la saison de croissance, servit à extraire et identifier les différents types et intensités d'érosion. Les plans de pente du terrain, de relief, ainsi que ceux d'affectation et couvert du sol, appuyèrent l'identification du type d'érosion (rigoles et entre-rigoles). / Cette approche généra des cartes de type et d'intensité d'érosion d'une exactitude globale de 93.4%. Ne prenant en compte que les parcours et forêts, il devient apparent qu'il existe un lien tout particulier entre la combinaison de brillances saisonnières et le taux d'érosion. Pour les niveaux d'érosions moins élevés c'est la seconde combinaison de brillances (BJS), qui prévale en fin de saison, qui est la plus fortement liée au niveau d'intensité de l'érosion, tandis que pour les zones d'érosion sévères et très sévères c'est la première combinaison de brillances (BMJ), qui prévale en début de saison, qui permet de différencier le niveau d'intensité de l'érosion. Cette étude indique que l'affectation et le couvert du sol, le relief et les pentes du terrain peuvent servir à différencier divers types d'érosion. / Nous avons démontré que la démarche préconisée représente un outil efficace dans la création de cartes d'érosion à grande échelle pour l'Iran, et nous nous attendons qu'elle s'avèrera utile au développement de politiques de conservation du sol et de gestion des bassins versants dans d'autres régions. Les principaux avantages de cette démarche sont sa précision, ses moindres exigences au niveau du temps sur le terrain et coûts associés, ainsi que la disponibilité accrue des données nécessaires de par le monde.

In this thesis an analysis of the variability of the liquid freshwater (FW) export from the Arctic Ocean on annual and seasonal timescales is presented. Due to missing long-term observations, the variability of the liquid FW export is not well known or understood. Model simulations are therefore currently the only way to study the variability of the FW export from the Arctic. / To investigate the role of the atmospheric forcing for the variability of the liquid FW export, a model simulation for 1950-2007 from the University of Victoria Earth System Climate Model (UVic ESCM) is analyzed. It is shown that large-scale atmospheric circulation changes generally control the variability of the FW export through changes in the FW storage in the Beaufort Gyre. These changes have a large influence on the variability of the FW export through the Canadian Arctic Archipelago (CAA), whereas the Fram Strait FW export is also influenced by changes in the FW storage in the Eurasian basin. / In order to better understand the differences between the mechanisms driving the export variability through Fram Strait and the CAA, passive dye tracers are added to the ocean module of a state-of-the-art global general circulation model, the Community Climate System Model Version 3 (CCSM3). These tracers allow the identification of FW from different sources, and therefore the individual investigation of the export variability of FW from individual sources. It is shown that the Fram Strait FW export is made up mainly of Eurasian runoff and Pacific FW, whereas the FW exported through the CAA comes primarily from Pacific FW and North American runoff. The variability of the FW exports from individual sources is largely in phase in the CAA, as the CAA FW export is mainly driven by velocity anomalies, not FW concentration anomalies. In Fram Strait on the other hand, FW concentration anomalies contribute as much to the FW export variability as velocity anomalies. The variability of the Fram Strait FW concentrations from the two main FW sources is not in phase, as Pacific FW and Eurasian runoff have different pathways to Fram Strait and their variability is governed by different mechanisms. Whereas the Eurasian runoff export depends strongly on the release of FW from the Eurasian shelf during years with an anticyclonic circulation anomaly (negative Vorticity index), the variability of the Pacific export is mainly controlled by changes in the Pacific FW stored in the Beaufort Gyre, with increased export during years with a cyclonic circulation anomaly (positive Vorticity index). A high vertical resolution of the ocean model is found to be important to resolve the role of FW concentration changes for the Fram Strait FW export variability. / The model simulation also shows that in contrast to the interannual variability, the seasonal variability of the Fram Strait FW export is driven almost entirely by the seasonal cycle of sea-ice melt, with a smaller influence of velocity changes or advected FW concentration changes. The disappearance of the summer sea-ice cover in the Arctic during the 21st century might therefore affect the seasonal cycle of the Fram Strait FW export. / Cette thèse de doctorat présente une étude de la variabilité du flux d'eau douce de l'océan Arctique vers l'Atlantique Nord. Parce qu'il existe peu d'observations sur ce flux d'eau douce, sa variabilité n'est pas bien connue. Par conséqeuent, des simulations numériques sont nécessaires pour l'étude du flux d'eau douce. / Premièrement, nous avons utilisé le "Earth Sytem ClimateModel" de l'université de Victoria (UVic ESCM) pour analyser la variabilité du flux d'eau douce pour la période 1950-2007. Nos résultats indiquent que la circulation atmosphérique détermine la variabilité du flux d'eau douce de l'Arctique par son influence sur le tourbillon de Beaufort. Les changements de la circulation dans le tourbillon de Beaufort ont une grande influence sur le flux d'eau douce par l'archipel canadien. Le flux d'eau douce par le détroit de Fram est aussi influencé par les changements de la circulation dans le tourbillon de Beaufort, mais également par les changements de la circulation océanique dans le bassin européen / Par la suite, nous avons implanté des traceurs, représentant les différents types d'eau douce dans l'Arctique, dans un autre modèle climatique: le "Community Climate System Model Version 3" (CCSM3). Ces traceurs nous permettent d'analyser la variabilité du flux d'eau douce en détails. Nous remarquons que la plupart de l'eau douce exportée par le détroit de Fram provient des fleuves eurasiens et de l'océan Pacifique (passant du Pacifique à l'Arctique par le détroit de Béring). Par contraste, le flux d'eau douce par l'archipel canadien est principalement composé d'eau douce provenant de l'océan Pacifique et des fleuves d'Amérique du Nord. Les variablités associées au flux d'eau douce provenant de différentes sources par l'archipel canadien sont en phase. Ceci est dû au fait que la variabilité du flux d'eau douce est controllée par la vitesse de l'eau dans l'archipel canadien. Par contre, la variabilité du flux d'eau douce par le détroit de Fram est controllée par la vitesse de l'eau et aussi par la concentration en eau douce. En outre, le flux d'eau douce provenant de sources différentes ne sont pas en phase dans le détroit de Fram parce que le trajet de l'eau douce provenant des fleuves eurasiens et celui de l'océan Pacifique sont différents et leur variabilités sont controllées par des mécanismes différents. Nous remarquons que le flux d'eau douce provenant des fleuves eurasiens par le détroit de Fram dépend du transport d'eau douce du plateau eurasien. L'eau douce quitte le plateau eurasien quand la circulation atmosphérique est anti-cyclonique (l'index de vorticité est positif). Par contraste, le flux d'eau douce provenant de l'océan Pacifique est plus fort quand le tourbillon de Beaufort est réduit, et cette situation se produit lorsque la circulation atmosphérique est cyclonique (l'index de vorticité est dans ce cas negatif). De plus, nous remarquons qu'une haute résolution spatiale est nécessaire pour représenter la / Par ailleurs, les simulations numériques avec le CCSM3 révèlent que la variabilité saisonnière du flux d'eau douce est déterminée par la fonte de la glace de mer dans le détroit de Fram. La variabilité saisonnière de la vitesse a peu d'influence sur la variabilité saisonnière du flux d'eau douce, et ne fait que retarder d'un mois le maximum et minimum du flux d'eau douce. Parce que la fonte de la glace de mer dans le détroit de Fram détermine la variabilité saisonnière du flux d'eau douce par le détroit de Fram, la disparition de la glace de mer dans l'Arctique en été au cours du 21e siècle (selon les prédictions des modèles climatiques) pourrait changer la variabilité saisonnière du flux d'eau douce.

The substantial interannual variability and the observed warming trend of the Beaufort Sea region are important motivators for the study of regional climate and weather there. In an attempt to further our understanding of strong wind events, which can drive sea ice dynamics and storm surges, their characteristic environments at the synoptic and planetary scales are defined and analysed using global reanalysis data. A dependency on an enhanced or suppressed Aleutian low is found. This produces either a strong southeasterly or northwesterly 1000-hPa geostrophic wind event. The characteristic mid-tropospheric patterns for these two distinct event types show similarities to the positive and negative Pacific/North American teleconnection patterns, but their correlations have yet to be assessed. / L'étude du climat régional et du météorologie du Mer Beaufort est motivée par son variabilité interannuelle important et par la réchauffement qui y est observée. En essayant de comprendre les évenements à vents forts, qui peuvent forcer les dynamiques du glace marine et les ondes tempêtes, leurs environnements caractéristiques aux échelles synoptiques et planétaires sont définies et analysées en utilisant la donnée globale réanalysée. Une dépendance sur une dépression Aleutienne augmentée ou diminuée est trouvée. Ca produit un évenement à vents géostrophiques forts à 1000-hPa soit du soud-est soit du nord-ouest. La modèle caractéristique du mi-troposphère pour ces deux types d'évenements distincts démontrent des similarités aux modèles Pacifique/Nord-Américain positive et negative, mais leurs corrélations ont besoin d'être évaluées.

Resolving uncertainties about the cycling of organic carbon in the world's oceans is particularly crucial in the Arctic because it is the locus of deep water formation, as well as rapid environmental change. The specific goal of this thesis was to quantify the flux of soil organic carbon (SOC) to the Arctic Ocean due to erosion along the Yukon Coastal Plain. Ground ice and SOC within coastal sediments, and the current and future fluxes of carbon were examined in detail. / An evaluation of the volume of ground ice showed it to be a significant constituent of coastal bluffs. The amount of it was related to surficial material and geomorphic history, being lowest in coarse-grained marine deposits and highest in lacustrine materials. It made up almost half the soil volume in formerly glaciated areas where bluffs are high, but only one third the volume in unglaciated portions with low bluffs. / Overlooking ground ice resulted in overestimates of SOC and mineral sediment of up to 20%. Corrections were especially important in the upper ice-rich soil layers. Organic carbon contents were related to surficial material and bluff height, and 57% of carbon was located at depths greater than 1 m. SOC fluxes were up to three times higher than previously thought, but comparable to other parts of the Arctic. Eleven per cent of the carbon eroded annually was buried in nearshore sediments, and the carbon in those sediments was overwhelmingly terrigenous. / A morphodynamic model of coastal evolution was used to evaluate future coastal retreat. Low bluffs will retreat more rapidly than higher ones. Ground ice controls the amount of sediment in coastal bluffs and therefore the retreat rates, since bluffs with high ice contents have a lower effective cliff height. SOC fluxes from low coastal bluffs will increase by 29%, but will be offset by a 13% decrease from high bluffs. Regions of low cliffs could become sources of carbon flux to the atmosphere. / By providing insight into the origins and fate of organic matter in a sensitive section of the Arctic coastal system, this study offers valuable input for both current and future studies of regional carbon dynamics. / LES FLUX DE CARBONE ORGANIQUE DU SOL PROVENANT DE L'ÉROSION DES CÔTES PERGÉLISOLÉES, MER DE BEAUFORT CANADIEN / Le cycle du carbone organique dans les océans est d'une importance primordiale, spécialement dans l'Arctique puisqu'ils sont le lieu de formation des eaux abyssales et subissent des changements environnementaux rapides. L'objectif de cette thèse est de quantifier le flux de carbone organique du sol (COS), provoqué par l'érosion, entre la plaine côtière du Yukon et l'Océan arctique. Cette étude examine en détail la teneur en glace et en COS des sédiments côtiers, ainsi que les flux de carbone actuels et projetés. / Une évaluation du volume de la glace de sol révèle qu'elle est une composante importante des falaises côtières. La teneur en glace est liée à la géologie des dépôts de surface et à l'histoire géomorphologique de la région. En effet, cette teneur est plus basse dans les dépôts marins à grain grossier et plus élevée dans les matériaux lacustres. La glace de sol représente presque la moitié du volume du sol dans les zones de hautes falaises antérieurement englacées, mais seulement un tiers du volume dans les régions qui n'ont jamais été englacées et où les falaises sont plus basses. / Le fait de ne pas tenir compte de la glace de sol entraîne des surestimations de la quantité de COS et de sédiment minéral qui atteignent jusqu'à 20%. Les corrections relatives à la glace de sol sont particulièrement importantes, surtout dans les couches riches en glace près de la surface. La teneur en carbone organique dépend de la géologie des dépôts de surface et de la hauteur des falaises. Les résultats montrent que 57% du carbone est situé à des profondeurs supérieures à 1 m. Le flux de carbone organique est trois fois plus élevé que ce qui avait été estimé antérieurement, mais est toutefois comparable aux valeurs calculées pour d'autres régions de l'Arctique. Onze pourcent de la matière organique érodée annuellement est enfouie dans les sédiments marins littoraux et le carbone retrouvé dans ceux-ci est d'origine principalement terrigène. / L`érosion côtière future a été évaluée à l'aide d'un modèle d`évolution côtière morphodynamique. Le modèle démontre que les falaises basses reculeront plus rapidement que celles qui sont plus hautes. Puisque les falaises qui possèdent une teneur en glace de sol élevée ont une hauteur effective moindre, cette glace de sol a un impact sur le montant de sédiment et sur le taux de recul des falaises. Le flux de COS des falaises basses augmentera de 29%, mais sera atténué par une baisse de 13% dans le flux de COS des falaises hautes. Les régions où les falaises sont basses pourraient devenir des sources de dioxyde de carbone pour l'atmosphère. / Cette recherche apporte une contribution importante aux études actuelles et futures de la dynamique régionale du carbone; elle offre de nouvelles perspectives sur les origines et le sort de la matière organique dans une région sensible du système côtier arctique.

Global warming resulting from increasing greenhouse gas emissions is a threat to global food production. A rise in temperatures along with a shift in precipitation regimes is expected to decrease production in the future. However, farm management, such as the choice of crop cultivar, planting decisions, and irrigation can help farmers to alleviate some of the potential crop yield losses from climate change. In order to estimate the role of climate and agricultural management practices on yield, a new global crop model, PEGASUS 1.0 (Predicting Ecosystem Goods And Services Using Scenarios) has been developed for maize, soybean, and spring wheat. This thesis presents the methods used to develop the model, and its evaluation against present-day data, along with a model sensitivity experiment to a global warming of 2°C. Overall, results for present-day simulations are reasonable. Simulated planting and harvesting dates occur within the range of observations for more than 62% of total crop harvested areas, for each of the three crops. A comparison between simulated and observed crop yields indicates a weighted coefficient of determination, with the weighting based on crop harvested area, of 0.81 for maize, 0.63 for soybean, and 0.45 for spring wheat. The model simulates that an increase in temperature will result in a global decrease in crop yields. Nevertheless, adapting planting dates and cultivar choices to changes in temperature can avoid 60–78% of yield losses globally. Overall, the model results suggest that agricultural production in the richest countries, mostly located in the northern high latitudes, could benefit from increase in temperature, while the agriculture in the poorest countries in the tropics are likely to suffer the most. / Le réchauffement planétaire lié à l'émission croissante des gaz à effet de serre menace la production alimentaire mondiale. Une augmentation des températures ainsi qu'une modification des régimes de précipitations augmentent les risques de mauvaises récoltes à long terme. Toutefois, certaines pratiques agricoles, comme le choix du type de semence, les dates de semis, et l'irrigation permettent aux agriculteurs de s'adapter au mieux aux variations climatiques. Afin d'évaluer le rôle combiné du climat et des pratiques agricoles sur le rendement des cultures, un nouveau modèle agricole, PEGASUS 1.0 (Predicting Ecosystem Goods And Services Using Scenarios), a été développé. PEGASUS simule le rendement du maïs, du soja, et du blé de printemps à l'échelle mondiale. Cette thèse présente les méthodes utilisées pour développer le modèle, ainsi que son évaluation sur les données agricoles actuelles. Par ailleurs, la sensibilité du modèle à un réchauffement global de 2°C a été estimée. De manière générale, les résultats des simulations correspondant aux conditions climatiques actuelles sont satisfaisants. Ainsi, les dates de semence et de récolte simulées coïncident avec l'éventail des dates observées pour plus de 62% des surfaces cultivées, pour chacune des trois cultures. De plus, l'évaluation du rendement agricole calculé indique un coefficient de détermination, pondéré par la surface récoltée, égale à 0.81 pour le maïs, 0.63 pour le so ja, et 0.45 pour le blé de printemps. Les résultats des simulations correspondant à un réchauffement de la température montrent une réduction générale des rendements agricoles. Cependant, lorsque les dates de plantation et le choix du cultivar sont adaptés à la nouvelle température, les pertes sont réduites de 60 à 78%. Les variations de rendement agricoles ont été comparées par revenus économiques, démontrant que les pays les plus riches pourraient bénéficier$

Drought is a complex natural hazard which is endemic to the Canadian Prairies. The 1999-2005 Canadian Prairie drought, which had great socio-economic impacts, was meteorologically unique in that it did not conform to traditional persistent ridging paradigms normally associated with Prairie drought. The purpose of this study is to diagnose the unique synoptic-scale mechanisms that lead to the subsidence in this drought. Using 30-day running means of percent of normal precipitation from station data, we identify key severe dry periods in 1999-2005. Analysis of the mean fields from reanalysis data shows that these dry events are associated with combinations of larger scale subsidence mechanisms of anticyclonic vorticity advection and cold air advection, along with the smaller scale subsidence mechanism of downslope flow. A brief historical perspective shows that the drought was centred in 2001-2002 and was not as severe as historical droughts, suggesting the increased vulnerability of society. / La sécheresse est un désastre naturel qui est endémique aux Prairies canadiennes. La sécheresse canadienne de 1999-2005, qui avait alors eu de grands impacts socio-économiques, était météorologiquement unique car il n'était pas conforme aux paradigmes buttage persistants traditionnellement associés à la sécheresse des Prairies. Le but de cette étude était de diagnostiquer les mécanismes uniques à l'échelle synoptique qui ont conduit à la subsidence de cette sécheresse. En utilisant les moyennes glissantes de 30 jours des données de précipitation en pourcentage de la norme, nous identifions des périodes clés de sécheresse sévère entre 1999 et 2005. Analyse des champs moyennés des données de ré-analyse de ces périodes montre que ces évènements secs sont associés à des combinaisons de mécanismes de subsidence d'advection de tourbillon anticyclonique et d'air froid, ainsi qu'au mécanisme en plus petite échelle de descente d'air subsident. Une brève étude de l'histoire démontre que la sécheresse a été centrée entre 2001 et 2002, et n'était pas aussi sévère que les précédantes sécheresses historiques, suggérant que la vulnérabilités de la société a augmenté.

Implicit in active, steady-state magmatic systems is their persistent activity and unchanging behavior in terms of composition and eruptive styles. The ongoing eruption (July 1995 – April 2010) of the Soufrière Hills volcano (SHV), Montserrat, provides an ideal setting for understanding this steady-state behavior. Mafic enclaves are ubiquitous in andesitic magma erupted from SHV. The mafic enclaves are basalt to basaltic andesite (49 – 56 wt. % SiO2) in composition. Based on their chemistry, mineralogy and petrology, they are divided into three types. Prior to intrusion, basaltic magma underwent significant differentiation of amphibole at deep crustal levels. Type 1 (T1) and Type 2 (T2) enclaves represent hybrid magmas which are a mixture of differentiated basaltic magma and the host andesite, while Type 3 (T3) enclaves represent basaltic magma which ponded prior to intrusion and underwent significant additional fractionation of plagioclase. The T1 enclaves sample a vesiculated upper portion of the mixing horizon, while the T2 enclaves sample a less vesiculated, deeper, and slightly more rigid portion of this horizon. The T3 enclaves were near the temperatures of the andesite reservoir at the time of their intrusion; they demonstrate mixing on a physical mixing only, i.e., crystal transfer. The T1 enclaves formed when they reached buoyancy due to vesiculation and detached from the mixing horizon to rise upward in the andesite, whereas T2 enclaves formed during subsequent intrusions, during mafic overturn. The SHV demonstrates periodic and regular explosive activity, for which we can quantify changes in volatile content over time. Volatile analyses from phenocryst-hosted melt inclusions sampled from andesitic pumice cluster at 2.8 – 5.4 wt. % H2O, with ~ 3000 ppm Cl and negligible CO2. We interpret these volatile contents to mirror conditions in the lower conduit and upper magma reservoir beneath the volcano. Our model of the SHV magmatic system suggests that / Une caractéristique des systèmes magmatiques à l'équilibre est leur activité persistante et leur comportement c onstant en termes de compositions et styles d'éruption. L'éruption en cours (Juillet 1995 – Avril 2010) du volcan de Soufrière Hills (SHV), Montserrat, représente une configuration idéale pour comprendre cet état d'équilibre éruptif. Les enclaves mafiques sont omniprésentes dans les magmas andésitiques émis à SHV. La composition de ces enclaves varie de basaltes à andésites basaltiques (49 – 56 % SiO2). Elles se répartissent en trois types selon leur chimie, minéralogie et pétrologie. Avant intrusion dans le magma andésitique, les magmas basaltiques ont fractionné une quantité importante d'amphibole dans la croûte profonde. Les enclaves de type 1 (T1) et type 2 (T2) représentent des magmas hybrides, soit un mélange de basalte différencié et d'andésite hôte, tandis que les enclaves de type 3 (T3) représentent un magma basaltique qui a stagné avant intrusion et a subi un fractionnement additionnel de plagioclase. Les enclaves T1 proviennent de portions vésiculaires de la partie supérieure du front de mélange, tandis que les T2 proviennent d'un niveau moins vésiculaire, plus profond et légèrement plus rigide ce cet horizon. Les enclaves T3 étaient proches de la température du réservoir andésitique au moment de leur intrusion et ne montrent du mélange que d'une manière physique, soit des transferts de cristaux. Les enclaves se sont formées lorsqu'elles sont devenues moins denses à cause de la vésiculation et se sont détachées de l'horizon de mélange pour monter dans le magma andésitique, tandis que les T2 se sont formées durant des intrusions successives, causant de la convection mafique. Le SHV connaît une activité explosive et régulière, pour laquelle il est possible de quantifier des changements en volatiles au cours du temps. Des analyses des volatiles dans les inclusions vitreuses des phénocr

Development of hydroelectricity in recent years has stirred an international debate in relation to greenhouse gas (GHG) emissions caused by flooding, which results from the creation of hydroelectric reservoirs. The debate focuses on whether hydroelectric reservoirs are negligible global GHG sources, particularly with regards to carbon dioxide (CO₂) and methane (CH₄). Most carbon (C) exchange studies applied to hydroelectric reservoirs have been based on irregular or sporadic field measurements and, therefore, hardly address the transient nature of reservoir C flux and the heterogeneity in flux that occurs across different types of ecosystems inundated with water. In this context, ecosystem modeling and laboratory experiments can improve our understanding of C exchange that takes place in flooded terrestrial ecosystems as a consequence of hydroelectric development. The aim of this research was to examine C exchange variation in boreal forest and peatland ecosystems prior to and after flooding as well as to project boreal ecosystem C exchange for the duration of the inundation period. The primary study area was the Eastmain-1 reservoir located in northern Quebec where impoundment was completed in 2006. For this research, a reservoir C model (FF-DNDC) was developed by modifying Forest-DNDC, a process-based biogeochemical model utilized for forest and wetland ecosystems. FF-DNDC was designed to replicate C processes that take place in submerged soil and the water column. It is used to simulate CO₂ flux in flooded boreal forest and peatland ecosystems. The reliability of the Forest-DNDC simulation in relation to CO₂ flux in black spruce forest and peatland ecosystems was tested before modifications to the software took place. This test showed that Forest-DNDC reasonably simulated CO₂ flux and, as a result, supported the application of the model to simulate C dynamic changes after flooding occurs. Short-term incubation experiments using boreal soil and vegetation samples revealed that flooding decreased rates of CO₂ production but increased rates of dissolved C production. The experiments quantified changes that occurred in C mineralization rates prior to and after flooding, which determined soil decomposition parameters under flooded conditions that were then applied to FF-DNDC. The Eastmain-1 reservoir flooded ecosystem simulations detected CO2 emissions from the water surface, and, hence, the direction in CO₂ flux changed (from uptake to release) in comparison to flux that occurred in natural forest and peatland ecosystems. Simulated CO₂ flux for both the flooded forest and peatland ecosystems decreased with the duration of inundation, and the forest ecosystem showed larger CO₂ flux than the peatland ecosystem in the first decade after flooding was initiated. The trend of larger flux in the forest ecosystem was reversed after the first decade. Modeling and experimental results from this study emphasize the importance of spatial and temporal variation of C exchange in newly flooded boreal landscapes. / La production d'hydroelectricite est devenue le sujet d'un debat international ces dernieres annees en raison de l'emission des gaz a effet de serre (GES) qui resulte de l'inondation de la zone en amont d'un barrage hydroelectrique lors de la creation du reservoir. Le debat vise a determiner si les reservoirs des barrages hydroelectriques sont des sources negligeables de GES, plus particulierement en relation avec le dioxyde de carbone (CO₂) et le methane (CH₄). La plupart des etudes sur les echanges carboniques dans les reservoirs hydroelectriques furent basees sur des mesures irregulieres ou sporadiques prises sur terrain, et consequemment elles n'examinent pas en profondeur les tendances transitoires des flux de carbone (C) des reservoirs, ni l'heterogeneite des flux a travers les differents types d'ecosystemes inondes. Ceci etant dit, la modelisation des ecosystemes ainsi que les experimentations de laboratoire pourront ameliorer notre comprehension quant a l'inondation des echanges carboniques des ecosystemes terrestres qui surviennent suite au developpement hydroelectrique. Ma recherche vise a examiner l'alteration des echanges carboniques dans les forets boreales et les tourbieres avant et apres leur inondation, ainsi qu'a prevoir les echanges carboniques des ecosystemes boreals pendant la duree de l'inondation. La region sous etude fut le reservoir Eastmain-1 au nord du Quebec, dont la creation du reservoir fut terminee en 2006. Pour cette recherche, j'ai cree un modele sur le C des reservoirs (FF-DNDC) en modifiant Forest-DNDC, un modele de processus biogeochimique destine aux forets et les milieux humides. FF-DNDC a ete concu pour simuler les processus carboniques dans les sols inondes ainsi que dans la colonne d'eau, et a ete utilise pour predire les flux de CO₂ dans les forets boreales inondees et les tourbieres. Avant la modification du logiciel, j'ai teste la fiabilite avec laquelle Forest-DNDC pourra simuler les flux de CO₂ dans les forets d'epinette noire et les tourbieres. Ce test a demontre que Forest-DNDC peut simuler les flux de CO₂ avec une grande precision, et peut donc etre utilise pour evaluer les dynamiques de C suivant leur inondation. Des experiences d'incubation a court terme utilisant des sols boreals et de la vegetation ont revele que l'inondation diminue les taux de production de CO₂, tout en augmentant les taux de production de C dissous. Les experiences ont quantifie les changements dans les taux de mineralisation du C avant et apres l'inondation, afin de determiner les parametres de decomposition des sols dans les conditions inondees; ces parametres furent ensuite utilises dans FF-DNDC. Les simulations des ecosystemes inondes dans le reservoir Eastmain-1 ont indique qu'il y avait une emission de CO₂ des surfaces d'eau, et donc que la direction des flux de CO₂ a change (allant d'une absorption a une emission par l'ecosysteme) compare aux flux chez les forets et les tourbieres naturelles. Les flux de CO₂ simules dans la foret inondee et la tourbiere diminuaient pendant la duree de l'inondation, et la foret avait des flux de CO₂ superieurs a ceux de la tourbiere pendant la premiere decennie de l'inondation. Par la suite, ce contraste s'est inverse. Les resultats de mes modelisations et experiences mettent en evidence l'importance des variations spatiales et temporelles des echanges carboniques dans les paysages boreals nouvellement inondes.