2020 Eastern Canada Seasonal and Total Precipitation Analysis

– By Richard Leduc, Ph.D., AirMet Science –

Daily precipitation data (mm, water equivalent) have become available by Environment and Climate Change Canada in the AHRDP/HRDPA (Analyse à haute résolution déterministe de précipitation / “High-resolution deterministic precipitation analysis”) system for the Canada ensemble at a 2.5km resolution. The area covered is illustrated in Figure 1 and contains 2500 (i, longitude) by 1222 (j, latitude) grid points (3055000 in total). The corners of the area are (-131.09°W, 42.25°N), (-151.06°W, 66.45°N), (-47.7°W, 42.82°N) and (-71.55°W, 29.28°N).

Information on this system is presented in Environment and Climate Change Canada (2018). It should be noted that these data result from an optimal combination of observations (rainfall, radar) and of modelled data and that where there are not observations nearby, simulated data is used; this system has been validated, as discussed in ECCC (2018).

We data obtained the data daily (via ECCC Datamart) since September 2019. Now that 2020 is finished, our objective is to present the quarterly and yearly totals for the east of Canada, that is to say, a good part of Ontario, Quebec, Newfoundland and Labrador, and the Maritimes (Figure 2).

The total quarterlies are presented to alleviate the length of the text, but the monthly totals are available upon request. To assure continuity, the winter total 2019 – 2020 (ie. December 2019 and January and February 2020) are presented.

This brief discussion of the total precipitation in eastern Canada allows us to show:

  • The link between topography and the totals
  • The spatial and seasonal variability in precipitation
  • The link between the trajectory of storms and the distribution of precipitation
  • The latitudinal variation of precipitation a its seasonal variation

  • Introduction

    Les données quotidiennes de précipitation (mm, équivalent eau) sont rendues disponibles par Environnement et Changement Climatique Canada dans le système AHRDP/HRDPA (Analyse à haute résolution déterministe de précipitation / “High resolution deterministic precipitation analysis”) pour l’ensemble du Canada à une résolution de 2.5 km. Le domaine couvert est illustré à la Figure 1 et comprend 2500 (i, longitude) par 1222 (j, latitude) points de grille (au total 3055000). Les coins du domaine sont (-131.09°W, 42.25°N), (-151.06°W, 66.45°N), (-47.7°W, 42.82°N) et (-71.55°W, 29.28°N).

    De l’information sur ce système est présentée dans Environnement et Changement Climatique Canada (2018). Mentionnons que ces données résultent d’une combinaison optimale d’observations (pluviométrie, radar) et de données modélisées et quand il n’y a pas d’observations à proximité, ce sont les données simulées qui sont utilisées; le système a fait l’objet d’une validation, tel que discuté dans ECCC (2018).

    Les données sont obtenues quotidiennement de notre part (via le Datamart d’ECCC) depuis septembre 2019. L’année 2020 étant complète nous avons comme objectif de présenter les totaux trimestriels et le total annuel sur la partie est du Canada, soit une bonne part de l’Ontario, le Québec, Terre-neuve et le Labrador et les Maritimes (Figure 2).

    Figure 1. Domaine du AHRDP/HRDPA

    Les totaux trimestriels sont présentés pour alléger le texte mais les totaux mensuels sont aussi disponibles sur demande. Pour assurer une continuité, le total de l’hiver 2019-2020 (i.e. décembre 2019 et janvier et février 2020) est présenté.

    Les sections qui suivent illustrent ces résultats sous forme de cartes d’isohyètes accompagnées d’une courte discussion.

    Les résultats pour le reste du Canada sont dans un autre texte.

    Total Annuel

    Sur le domaine couvert (Figure 2), on dispose des totaux mensuels et annuels pour 1008318 points de grille.

    Le Tableau 1 donne la plage couverte par les totaux et quelques résultats statistiques sur l’ensemble des points de grille. Le total trimestriel le plus élevé atteint presque 1110 mm (mars-avril-mai) et le total annuel maximal dépasse 3200 mm. La moyenne annuelle sur l’ensemble du domaine est près de 980 mm.

    Figure 2. Total annuel 2020 (mm)

    En hiver 2019-2020, les totaux sont au plus bas avec une moyenne de 202.84 mm et une médiane de 163.9 mm. L’été (juin-juillet-août) et l’automne (septembre-octobre-novembre) ne sont pas très différents du moins en ce qui concerne la médiane (262.2 mm et 266.4 mm) mais la moyenne est de près de 20 mm plus élevée en automne.

    La variation sur la région est plus grande en hiver (65.1%), comme on le verra plus loin, qu’en automne (30.9%). Les résultats sont un peu différents si on considère les mois de janvier, février et décembre 2020 comme saison d’hiver dû à la différence entre décembre 2019 (moyenne de 86.19 mm) et décembre 2020 (moyenne de 102.8 mm).

    Les isohyètes du total annuel sont illustrées à la Figure 2. Les plus hautes valeurs sont au large de la côte est aux plus basses latitudes. Au Québec et dans les Maritimes, l’importance de la topographie est particulièrement évidente comme par exemple au nord de la ville de Québec (Parc des Laurentides, 1800 mm), sur la Gaspésie (jusqu’à 1600 mm), à Terre-Neuve (jusqu’à 2500 mm au sud-ouest de St-Jean), sur le Cap-Breton (jusqu’à près de 1800 mm), sur les monts Torngat (jusqu’à 1400 mm, valeur plus élevée que dans le sud du Québec), etc.

    Tableau 1. Résultats trimestriels et annuel

    Dans le sud du Québec, le total est d’environ 1200 mm et il diminue jusqu’à environ 500 mm dans l’extrême nord-ouest du Québec au-delà de 59°N et près de 615 mm aux environs de Kuujjuaq. Le total approche 1900 mm sur les sommets à environ 55 km à l’est du réservoir Manicouagan; c’est le total le plus élevé du Québec.

    Au Labrador, les totaux sont plus élevés dans les secteurs plus accidentés, comme près de Goose Bay (environ 1400 mm) et dans l’extrême nord et un total approche 2000 mm le long de la côte (10 km au sud de l’île Graveyard).

    Dans le sud de l’Ontario, près de Toronto, les totaux sont plus bas à environ 800 mm mais près de 1100 mm à la baie Géorgienne dû à l’effet de lac. La région de Sault-Ste-Marie de même que celle à environ 50 km à l’ouest de Wawa ont des totaux qui approchent 1200 mm et Thunder Bay et les environs sont à moins de 600 mm. Sur la portion nord-ouest de la Baie d’Hudson, le total est entre 350 mm et 400 mm.

    Décembre 2019 – Janvier 2020 – Février 2020

    La saison d’hiver 2019-2020 comprend les mois de décembre 2019 et janvier et février 2020.

    Les totaux les plus élevés sont au large de la côte est (Figure 3). Durant ces trois mois, plusieurs tempêtes ont remonté la côte est y déversant de la précipitation puis ont passé sur Terre-Neuve en y laissant d’abondantes précipitations. Phillips (2021) nous en apprend davantage sur la tempête extraordinaire qui a frappé Terre-Neuve le 17 janvier 2020 en y laissant 76.2 cm de neige (et un autre 10-20 cm dans les jours qui suivirent). Dans la partie ouest de Terre-Neuve, au-nord-est Corner Brook par exemple, le total atteint près de 620 mm; au sud de St-Jean les totaux y sont aussi jusqu’à 620 mm.

    Au Labrador, sur les sommets près de Goose Bay, le maximum est près de 330 mm et il est près de 260 mm dans l’extrême nord sur les monts Torngat.

    Au Cap-Breton, le total maximum approche 660 mm; l’extrême sud-ouest de la Nouvelle-Écosse atteint environ 480 mm.

    Figure 3. Total décembre 2019 – janvier 2020 – février 2020 (mm)

    Dans le sud du Québec, on note des maxima à 300 mm en Gaspésie, au nord de la Ville de Québec (Parc des Laurentides) à 320 mm, valeur la plus élevée du Québec mais suivie de près par la région au nord-ouest de Montréal. Les totaux décroissent avec la latitude jusqu’à environ 100 mm à Kuujjuuaq et au-delà.

    La baie Georgienne en Ontario montre un maximum autour de 300 mm grâce à l’effet de lac alors que la région de Toronto est à environ 240 mm. Le nord de Sault-Ste-Marie montre un maximum à environ 250 mm.

    Des valeurs plus basses sont notées sur l’ouest de la Baie James et la Baie d’Hudson, à environ 50 mm et moins.

    Mars 2020 – Avril 2020 – Mai 2020

    Figure 4. Total mars-avril-mai 2020 (mm)

    On note (Figure 4) des totaux plus élevés sur les sommets de Terre-Neuve et du Labrador avec 325 mm aux monts Torngat, près de 570 mm au sud de l’île Graveyard, la côte de la Nouvelle-Écosse (300 mm et plus), la Gaspésie (330 mm), le nord de la ville de Québec (Parc des Laurentides, 420 mm, valeur la plus élevée du Québec). À l’est du réservoir Manicouagan, les maxima atteignent environ 330 mm.

    À Terre-Neuve, au sud-ouest de Placentia, les maxima atteignent un peu plus de 770 mm, près de 630 mm aux environs de Marystown et 425 mm au nord-est de Corner Brook.

    À Kuujjuaq, le total est à environ 130 mm et on note une zone maximale à près de 215 mm à 50 km au sud-ouest de Quaqtaq; sur l’extrême nord-ouest du Québec, les totaux sont à environ 110 mm.

    L’ouest de l’Ontario est sous 150 mm environ et un petit secteur au nord de Toronto est entre 140 mm et 150 mm mais vers l’ouest, au nord de Stratford, le maximum est près de 215 mm; la région au nord de Sault-Ste-Marie est à environ 265 mm.

    Juin 2020 – Juillet 2020 – Août 2020

    Durant cette période (Figure 5), les totaux varient entre environ 15 mm (pour quelques points de grille à l’extrême nord-ouest) et 965 mm; on précise que 99.5% des points de grille ont un total supérieur à 33 mm.

    Figure 5. Total juin-juillet-août 2020 (mm)

    On note des valeurs plus faibles sur le golfe du St-Laurent autour de 200 mm et la partie sud-est du Nouveau-Brunswick et l’Île-du-Prince-Édouard sont à environ 150 mm. Les sommets à l’est du réservoir Manicouagan atteignent près de 625 mm (total le plus haut du Québec). Le Parc des Laurentides montrent un maximum d’environ 410 mm et les sommets de Gaspésie (au sud de Ste-Anne-des-Monts) sont à environ 375 mm; on note aussi des valeurs plus élevées à l’ouest du Lac-St-Jean (500 mm au maximum).

    Les totaux décroissent au nord d’environ 55°N pour atteindre 200 mm à Kuujjuaq et l’extrême nord-ouest du Québec est à 50 mm.

    Une large zone avec des valeurs plus élevées (qui atteignent plus de 400 mm à certains endroits) s’étend de Goose Bay vers le sud de la baie James et vers l’ouest autour de 50°N-55°N.

    Le sud de l’Ontario a des totaux plus bas, autour de 200-250 mm et la région au nord de Sault-Ste-Marie affiche des valeurs plus élevées jusqu’à environ 360 mm.

    Sur Terre-Neuve, les totaux les plus hauts au sud-ouest de St-Jean à près de 575 mm Au Labrador, les sommets au sud de l’île Graveyard atteignent 645 mm.

    Malgré ces fluctuations locales, la répartition relativement plus uniforme de la précipitation sur le domaine procure un coefficient de variation plus faible que celui de la saison précédente (41.2% vs 59.5%).

    Septembre 2020 – Octobre 2020 – Novembre 2020

    C’est durant ces trois mois que le coefficient de variation est à son plus bas (30.9%) possiblement à cause de la couverture étendue de l’isohyète de 300 mm (et plus) qui recoupe une bonne partie du sud du Québec jusqu’à environ 55°N (Figure 6).

    Une bande avec des valeurs plus élevées (350 mm et plus) s’étend de Goose Bay jusqu’à la baie James (autour de 50°-55°N).

    Figure 6. Total septembre-octobre-novembre 2020 (mm)

    Les totaux sont élevés sur les sommets de Terre-Neuve (520 mm au sud de Corner Brook), et du Labrador (par exemple près de Goose Bay à 650 mm et au sud de l’île Graveyard à 500 mm), la région au sud-ouest de St-Jean atteint 550 mm, les monts Torngat (plus de 700 mm).

    En Gaspésie au sud de Ste-Anne-des-Monts, on atteint 500 mm, le nord de la ville de Québec (Parc des Laurentides) est à 475 mm et les sommets à l’est du réservoir Manicouagan atteignent près de 650 mm et ce sont les plus hautes valeurs du Québec. L’extrême nord-ouest a reçu 200-225 mm et Kuujjuaq est à 250 mm.

    Un secteur au nord d’Halifax est à 380 mm et au cap Breton on atteint près de 520 mm.

    Dans le sud de l’Ontario, les totaux sont sous 200 mm et au nord de Sault-Ste-Marie on atteint 500 mm. La Baie d’Hudson est aussi à environ 200 mm et c’est durant cette période que les précipitations y sont les plus abondantes.

    Compléments

    Par ailleurs, il s’avère intéressant de produire quelques résultats simples que rendent possible ces données.

    Variation latitudinale

    Figure 7. Moyennes latitudinales du total par saison 2020 (mm)

    Un exemple est de quantifier la variation latitudinale des totaux par saison (avec décembre, janvier et février 2020 et l’hiver 2019-2020). Les moyennes par bande de latitude de 5° sont illustrées à la Figure 7 et le total annuel à la Figure 8. Comme on l’a vu, les totaux annuels décroissent avec la latitude, le maximum élevé à la plus basse latitude étant associé aux tempêtes le long de la côte EST (tel que montré sur les cartes précédentes).

    On peut aussi constater de manière un peu plus directe (que sur les cartes précédentes) l’augmentation des totaux avec la latitude jusqu’aux latitude 50-55°N en juin-juillet-août et moins fortement en septembre-octobre-novembre. En juillet 2020, des tempêtes ont circulé sur une trajectoire autour de 50°N et d’autres ont voyagé du Lac Supérieur vers la baie James et le nord-est vers la baie d’Ungava. Elles seraient à l’origine de l’augmentation de la précipitation durant ce trimestre à ces latitudes. Une analyse plus détaillée dépasse l’objectif de ce travail.

    Figure 8. Variation latitudinale du total annuel 2020 (mm)

    La décroissance est régulière en mars-avril-mai et pour l’hiver 2019-2020; les 3 mois d’hiver de la même année introduisent une variation différente au-delà de 55°N.

    Le total annuel de 2020 décroît de manière régulière (Figure 8); en ne considérant pas les latitudes de 35-40°N, la décroissance moyenne avec la latitude est de -29.6 mm/degré de latitude.

    Estimation du volume tombé

    Un autre complément obtenu est le volume total d’eau tombé sur le Québec-Labrador en 2020.

    Pour ce faire, on a délimité (grossièrement) le contour géographique du Québec incluant le Labrador (excluant le fleuve jusqu’à Québec et le Golfe du St-Laurent) et on a retenu les points de grille à l’intérieur de ce périmètre (311331). Le total tombé (km3) est obtenu par mois et pour l’année.

    Le total tombé estimé pour 2020 est de 1944.48 km3; bien que ce volume semble élevé, il est passablement inférieur au volume d’eau du Lac Supérieur (11600 km3) et même du Grand Lac de l’Ours (2236 km3). La moyenne pour l’année répartie sur cette région est d’environ 1000 mm.

    Conculsion

    Cette brève discussion sur les précipitations totales de 2020 sur la région comprenant un bonne partie de l’Ontario, le Québec, Terre-Neuve et le Labrador et les Maritimes a permis de montrer:

  • le lien entre la topographie et les totaux;
  • la variabilité spatiale et saisonnière de la précipitation;
  • le lien, bien que simplement discuté, entre la trajectoire des tempêtes et la répartition des précipitations;
  • la variation latitudinale de la précipitation et sa variation saisonnière.
  • Références

    Environment and Climate Change Canada, 2018: High Resolution Deterministic Precipitation Analysis System (CaPA-HRDPA) Implementation of version 4.5.0. Technical Note September 18, 2018.

    Phillips, D., 2021: Canada’s Top Ten Weather Stories of 2020. Bulletin de la Société canadienne de météorologie et d’océanographie, vol 49, no 1, mars 2021.

    Remerciments

    Nous remercions Philippe Barnéoud (ECCC) de ses conseils et suggestions qui ont grandement amélioré le texte et Environnement et Changement climatique Canada de rendre ces données disponibles. Nous remercions aussi Pierre-Yves St-Louis (MELCC) pour ces judicieux commentaires.

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