PhD project on snow-vegetation-permafrost interactions

PhD project on snow-vegetation-permafrost interactions
The current climate warming trend is causing permafrost to thaw. Consequences include
the microbial mineralization of organic carbon stored in permafrost, and its release to the
atmosphere as CO2 and CH4, with the potential to dramatically increase greenhouse
warming, and the collapse of structures built on permafrost. Predicting accurately the
rate of permafrost thawing is therefore of both scientific and economic interest. In these
processes, recently identified or suspected feedbacks involve interactions between
vegetation and snow. This project is focused on the impact of vegetation on the energy
budget of the snowpack and in particular on its radiative budget in the solar spectrum.
Shrubs growing on Arctic tundra as the result of warming increase the absorption of
solar radiation by the snow because (1) twigs embedded in snow act as light absorbers;
(2) shrubs prevent snow compaction by wind, favoring the growth of depth hoar crystals,
whole large size decrease light scattering and therefore albedo. The student will work on
the radiative and thermal effects of the vegetation embedded within the snowpack using
an approach combining modeling and field observations. S/he will adapt the radiative
transfer model TARTES to compute the absorption of solar irradiance in the presence of
vegetation. For this purpose s/he will take part in the development of optical instruments
to characterize light propagation in snow in the presence of vegetation and will use them
at our Arctic study site. The model, coupled to the snow physics model Crocus, will allow
the calculation of the physical evolution of snow in the presence of vegetation, enabling
the calculation of soil temperature.
The work is based at University Laval in Quebec City, Canada. It will require field trips to
the Arctic and extended stays in Grenoble, France. Skills in physics, especially in optics,
and in computer programming are highly desirable. Interested qualified students should
send their CV and a letter detailing their interest in this project to Dr. Florent Domine,
[email protected]
Projet de doctorat sur les interactions neige-végétation-pergélisol
Le réchauffement climatique actuel provoque le dégel du pergélisol. Parmi les
conséquences, on note la minéralisation microbienne du carbone organique stocké dans
le pergélisol, et son rejet vers l’atmosphère sous forme de CO2 et CH4, ce qui peut
accentuer dramatiquement le réchauffement par effet de serre. On note également
l’endommagement des structures construites sur le pergélisol. Prédire précisément la
vitesse de dégel du pergélisol présente donc des intérêts à la fois scientifiques et
économiques. Dans ces processus, des rétroactions identifiées ou suspectées
impliquent des interactions entre la végétation et la neige. Ce projet est centré sur
l’impact de la végétation sur le bilan d'énergie du manteau neigeux et plus
particulièrement du bilan radiatif dans le domaine du spectre solaire. Les arbustes qui
croissent sur la toundra suite au réchauffement augmentent l’absorption de la radiation
solaire par la neige car (1) les brindilles enfouies dans la neige agissent comme des
absorbeurs de lumière; (2) les arbustes empêchent la compaction de la neige par le
vent, favorisant la croissance de cristaux de givre de profondeur, dont la grande taille
diminue le pouvoir diffusant de la neige et donc son albédo. L’étudiant(e) travaillera sur
les effets radiatif et thermique de la végétation enfouie dans la neige grâce à une
approche combinant modélisation et observations sur le terrain. Il/elle adaptera le
modèle de transfert radiatif TARTES afin de calculer l’absorption de la lumière solaire en
présence de végétation à l’intérieur du manteau neigeux. Pour cela il/elle participera au
développement d’instruments d’optique pour caractériser la propagation de la lumière
dans la neige en présence de végétation et les utilisera sur notre site d'étude arctique.
Le modèle, couplé au modèle d'évolution de la neige Crocus, permettra de calculer
l'évolution physique de la neige en prenant en compte l'influence de la végétation. Ceci
permettra d'en déduire l'impact sur la température du sol.
Le travail est basé à l’université Laval, Québec, Canada. Il nécessitera des travaux de
terrain dans l’Arctique, des séjours prolongés à Grenoble, France et un goût pour la
modélisation numérique. Des bonnes connaissances en physique, notamment en
optique, et en programmation sont demandées. Les étudiants qualifiés intéressés par ce
projet peuvent envoyer leur CV et lettre de motivation à Dr. Florent Domine,
[email protected]