In the present study we used the first rock glacier inventory for the entire French Alps to model spatial permafrost distribution in the region. Climatic and topographic data evaluated at the rock glacier locations were used as predictor variables in a Generalized Linear Model. Model performances are strong, suggesting that, in agreement with several previous studies, this methodology is able to model accurately rock glacier distribution. A methodology to estimate model uncertainties is proposed, revealing that the subjectivity in the interpretation of rock glacier activity and contours may substantially bias the model. The model highlights a North-South trend in the regional pattern of permafrost distribution which is attributed to the climatic influences of the Atlantic and Mediterranean climates. Further analysis suggest that lower amounts of precipitation in the early winter and a thinner snow cover, as typically found in the Mediterranean area, could contribute to the existence of permafrost at higher temperatures compared to the Northern Alps. A comparison with the Alpine Permafrost Index Map (APIM) shows no major differences with our model, highlighting the very good predictive power of the APIM despite its tendency to slightly overestimate permafrost extension with respect to our database. The use of rock glaciers as indicators of permafrost existence despite their time response to climate change is discussed and an interpretation key is proposed in order to ensure the proper use of the model for research as well as for operational purposes.

Abstract. Model intercomparison experiments are widely used to investigate and improve hydrological model performance. However, a study based only on runoff simulation is not sufficient to discriminate between different model structures. Hence, there is a need to improve hydrological models for specific streamflow signatures (e.g., low and high flow) and multi-variable predictions (e.g., soil moisture, snow and groundwater). This study assesses the impact of model structure on flow simulation and hydrological realism using three versions of a hydrological model called MOR-DOR: the historical lumped structure and a revisited formulation available in both lumped and semi-distributed structures. In particular, the main goal of this paper is to investigate the relative impact of model equations and spatial discretization on flow simulation, snowpack representation and evapotranspiration estimation. Comparison of the models is based on an extensive dataset composed of 50 catchments located in French mountainous regions. The evaluation framework is founded on a multi-criterion split-sample strategy. All models were calibrated using an automatic optimization method based on an efficient genetic algorithm. The evaluation framework is enriched by the assessment of snow and evapotranspiration modeling against in situ and satellite data. The results showed that the new model formulations perform significantly better than the initial one in terms of the various streamflow signatures, snow and evapotranspiration predictions. The semi-distributed approach provides better calibration-validation performance for the snow cover area, snow water equivalent and runoff simulation, especially for nival catchments.

La reconstitution de la séquence hydrométéorologique ayant conduit à la crue de l'Isère des 1 er et 2 novembre 1859 a été mené en quatre étapes. La première, conduite par Météo-France, a consisté à rechercher, collecter et critiquer les données encore disponibles, notamment, les stations mesurant la pression atmosphérique en France. Cela a permis de tracer pour tout le mois d'octobre 1859 les cartes de pression au niveau de la mer, et de les interpréter en termes de circulation et de types de temps. Pour chaque journée de 1859, ces cartes ont été utilisées par le Cemagref de Lyon pour rechercher, dans la période récente (1953-2005) des situations analogues (~35) mais dont on connaissait cette fois les précipitations sur le bassin de l'Isère, d'où une appréciation probabiliste des quantités potentiellement tombées en 1859. En utilisant ce signal, ainsi que les précipitations mesurées en 1859 en quelques stations, toutes situées en périphérie du bassin, l'INPG-LTHE a essayé de proposer un scénario vraisemblable des précipitations, mais aussi des températures, sur l'Isère et ses différents sous-bassins. Après expertise par EdF et Météo-France, ce scénario a été introduit dans un modèle Pluie-Neige-Débit par le SPC Alpes Nord. La comparaison entre débits simulés et observés à Grenoble sur le mois d'octobre 1859 a conduit à moduler encore un peu le scénario, insuffisamment contraint par les seules stations pluviométriques. Après assimilation de ces débits de crue, qu'il reproduit alors correctement, le scénario final illustre l'enchaînement et l'importance des périodes d'humectation du bassin par les pluies du 7 au 20 octobre, d'accumulation de neige à basse altitude entre le 21 et le 30, puis son relargage sous l'effet du réchauffement et des pluies intenses des 31 octobre et 1 er novembre. C'est cette séquence exceptionnelle qui explique l'ampleur de la crue.

Hydrological modeling in mountainous regions, where catchment hydrology is heavily influenced by snow (and possibly ice) processes, is a challenging task. The intrinsic complexity of local processes is added to the difficulty of estimating spatially distributed inputs such as precipitation and temperature, which often exhibit a high spatial heterogeneity that cannot be fully captured by measurement networks. Hence, an interpolation step is often required prior to the hydrological modeling step. Usually, the reconstruction of meteorological forcings and the calibration of the hydrological model are done sequentially. The outputs of the hydrological model (discharge estimates) may give some insight into the quality of the forcings used to feed it, but in this two-step independent analysis, it is not possible to easily feed the interpolation scheme back with the discrepancies between observed and simulated discharges. Yet, despite having undergone the rainfallrunoff (or snow-runoff) transformation, discharge at the outlet of a (sub)catchment is still an interesting integrator (spatial low-pass filter) of the forcing fields and is ancillary areal information complementing the direct, point-scale data collected at gauges. In this perspective, choosing the best interpolation scheme partly becomes an inverse hydrological problem. Here, a joint calibration strategy is presented where the parameters of both the interpolation model (i.e., reconstruction procedure of meteorological forcings) and the hydrological model (snow cover, soil moisture accounting, and flow-routing schemes) are jointly inferred in a multisite and multivariable approach. Interpolated fields are daily rainfall and temperature, whereas hydrological variables consist of discharge and snow water equivalent time series at several locations in the Durance River catchment.

Les phénomènes météorologiques en montagne sont influencés par de nombreux facteurs tels que le relief ou l'altitude, et possèdent de ce fait une grande variabilité spatiale, qui rend l'hydrométéorologie des bassins versants de montagne particulièrement complexe. Au regard de cette hétérogénéité spatiale, les postes d'observations sont à ces altitudes trop peu nombreux. Les mesures sont de plus réalisées dans des conditions parfois difficiles (neige, vent) et sont donc souvent entachées d'importantes incertitudes. En conséquence, l'estimation des stocks de neige et des précipitations, primordiale pour les gestionnaires du parc hydroélectrique d'EDF (Électricité De France), reste encore aujourd'hui sujette à des incertitudes non négligeables. Une thèse menée actuellement au sein de l'équipe hydrologie de EDF-DTG (Direction Technique Générale) a, parmi ses objectifs, le développement d'un outil d'interpolation des précipitations en zones de montagne. Ce dernier permettrait à terme de progresser vers une vision spatialisée et cartographiée de la pluie et de la neige mesurées sur les bassins versants faisant l'objet d'une prévision opérationnelle. Pour développer ce modèle, une très vaste base de données a été constituée, regroupant des données françaises (EDF-DTG et Météo France) mais également suisses, italiennes et espagnoles. Cet outil repose sur un Modèle Numérique de Terrain de maille 1 km. Sur chaque pixel, l'effet orographique, considéré comme prépondérant dans l'explication des précipitations en montagne, est modélisé par une relation linéaire reliant les précipitations à l'altitude. Cette relation s'appuie sur les points de mesure situés à proximité du pixel, dont le mode de sélection et de pondération conditionne la qualité des résultats. Une classification en types de temps est introduite, afin de prendre en compte les variations du gradient orographique de précipitation en fonction du type de circulation atmosphérique considérée. L'utilisation de la validation croisée entre les stations et du bilan hydrologique intégré sur des bassins versants, a permis d'évaluer le niveau de restitution du modèle sur les Alpes, les Pyrénées et le Massif Central. On peut considérer les résultats comme très encourageants au regard de ceux obtenus par d'autres méthodes, ce qui est sans doute le fait du caractère résolument régional du mode de reconstitution des précipitations.