Vecteur régional: une méthode de comblement des lacunes des données climatiques

Combler les lacunes des différents types des séries de données climatiques par la méthode du Vecteur Régional (MVR) à l'aide du logiciel Hydraccess de l'IRD (Institut de Recherche pour le Développement "France").

1. Introduction

Tous les chercheurs en hydrologie ou en climatologie procèdent au traitement des données climatiques (les données pluviométriques, thermométriques, humidité, évaporation , etc). Soit en étudiant le régime pluviométrique, l'évolution ou la variabilité pluviométrique, variabilité spatiale et temporelle des précipitations dans une zone donnée, ou l'analyse climatique d'une région donnée. Cependant, avant de procéder à telle étude, le chercheur est souvent obligé de faire une critique des données en identifiant les lacunes et en testant leur homogénéité. 

A lire:

KHRONOSTAT

Article de l'homogénéité des données climatiques et détection des ruptures par le logiciel Khronostat

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Ainsi, le chercheur doit trouver la méthode la plus utile et la plus efficace et simple pour compléter la série des données et remplir les vides. La Méthode du Vecteur Régional (MVR) est parmi les méthodes les plus efficaces (il y a d'autres méthodes très simples comme la corrélation entre les stations, régression linéaire, double cumuls, IDW, ..) et qui sert au comblement des lacunes.

Les lacunes ou les erreurs qui interviennent souvent dans les séries peuvent être liées aux instruments (panne, transcription, etc), l’observateur (oubli, erreurs de manipulation, absence, etc.). Le chercheur doit donc procéder à une analyse des séries des données climatiques, afin de juger la qualité des données disponibles.

2. Historique de la méthode Vecteur Régional (MVR)

La méthode du Vecteur Régional (MVR) a été établie par Hiez (1977), et améliorée par Brunet-Moret (1979 ; 1994). La MVR répond au double objectif de critique et de synthèse de l’information pluviométrique à l’intérieur d’une région climatique homogène du point de vue des processus et facteurs générant les précipitations et peut s’appliquer à tout un ensemble de séries d’observations d’une même variable, liées statistiquement entre elles par des rapports de proportionnalité (Laaroubi, 2007, cité par Bodian, 2011).

3. Définition de la méthode Vecteur Régional (MVR)

Le vecteur régional se définit comme « une série chronologique d’indices pluviométriques, issus de l’extraction de l’information la plus "probable" au sens de la plus fréquente contenue dans les données d’un ensemble de stations d’observation groupées en "région". Le vecteur régional est donc une suite chronologique d’indices annuels de précipitations prenant en compte les effets de persistance, de tendance, de pseudo-cycles de la zone climatique, mais homogène dans le temps » (Brunet-Moret, 1979).

Pour appliquer la MVR, nous allons utilisé le logiciel Hydraccess (Vauchel, 2000 et 2004) de l’IRD. L’Hydraccess produit une suite chronologique d’indices annuels représentant la pluviosité et une moyenne inter-annuelle étendue pour chaque station analysée. C’est à partir de ces deux valeurs (indice de pluviosité et moyenne inter-annuelle) que le logiciel peut reconstituer les valeurs de la pluviométrie annuelle manquante pour les séries des stations présentant des lacunes.

"Cette partie thèorique de la méthode du vecteur régional a été extraite de la thèse de doctorat de Rachid BISSOUR (2019): "Ressources en eau de l’oued El Abid amont barrage Bin El Ouidane et agriculture irriguée : Caractérisation, quantification et valorisation. Cas du périmètre irrigué de Béni Moussa (Région Béni Mellal Khénifra)" 330 pages"

4. Utilisation de la méthode Vecteur Régional (MVR) sous Hydraccess

Après l'installation et l’ouverture du logiciel hydraccess, vous devez tout d'abord préparer la série de données climatiques ( pluviométriques par exemple) pour l'importer dans le logiciel Hydraccess. Le fichier d'entré est un fichier excel, et les données doivent être organisé selon la forme que le logiciel fournit. pour accéder au fichier modèle qui nous sert à l'organisation des données pluviométriques vous devez :

(1) ouvrir la partition "C" de votre ordinateur, puis,

(2) ouvrir le dossier "Hydraccess, comme montrer dans l'image suivante:

Puis ouvrir le dossier "Exemple"

Dans ce dossier vous trouverez  les fichiers modèles qui servent à l'organisation des données, selon les modules que vous souhaiterez utiliser dans Hydraccess. Pour nous, on s’intéresse à la Méthode du Vecteur Régional,

ouvrir le dossier "Vecteur"

Dans ce dossier vous trouverez 4 fichiers, 

ouvrir le fichier  "Vecteur_HA_MultiStations"

Le fichier Excel comporte deux feuilles, la premiere "Graph1" comporte le graphe des données des stations fournies par le logiciel Hydraccess et la feuille "Données" comporte les données des stations.

cliquer sur  la feuille "Données".

Ce qui nous intéresse dans ce fichier c'est l'organisation des données pluviométriques par station .

vous devez organiser les données pluviométriques des différentes stations selon le modèle suivant.

• les données des stations doivent être organisées par colonne. Les données de chaque station doivent être converties en une seule colonne (pour convertir un tableau en une seule colonne voire cet article dans lequel vous trouverez une application excel qui vous permet de convertir un tableau en un seul clique 

TRANSPOSER

Application pour Transposer un tableau: convertir un tableau en une seule colonne

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•  la première colonne comporte les titres et les types de données,
• dans l'entête de chaque colonne on trouve des codes et des données, certaines données on peut les garder tel-quelles sont, comme les données de la case (1) (Nom, Id_Station, Capteur, Unité, Table),
• (2) les données relatives à la géolocalisation des stations; ces données sont les coordonnées géographiques de chaque station (latitude et longitude). Si vous avez les coordonnées des stations sous forme des coordonnées cartographiques, vous devez les convertir en coordonnées géographiques,
• dans la case (3)  saisir le nom de la station. 

Nous avons préparez le fichier des stations en adoptant le modèle fourni par le logiciel Hydraccess.

Les séries des différentes stations présentent plusieurs lacunes (vide, manque de valeurs).

Chaque série peut comporter plusieurs lacunes, et nous allons utilisé les données de toutes les stations avoisinantes. Toutes ces stations appartiennent à la "plaines de Tadla". 

Pour utiliser le Vecteur Régional, on ouvre le logiciel Hydraccess, et on clique sur "UTILITAIRES"

Par la suite on clique sur "Vecteur Régional" pour exécuter le module "Vecteur"

Après l'exécution du module Vecteur Régional, on clique sur "Lire un fichier multi-stations", pour importer le fichier excel contenant les données pluviométriques de toutes les stations.

Parcourir au fichier Excel contenant les données pluviométriques de toutes les stations retenues pour la "Méthode Vecteur Régional"

Après l’ouverture du fichier, le logiciel traite et affiche les différentes informations contenue dans le fichier importé.

• (1) en haut le logiciel affiche les informations générales contenues dans le fichier Excel: le nom du fichier, les années de début et de fin, le pas du temps des données (pour ce cas "données annuelles", la longueur des séries, nombre de  stations, nombre d'années).

• (2) Les paramètres de la Méthode du Vecteur Régional: On peut utiliser soit la méthode de "Brunet Moret" ou la méthode ancienne de "Hiez", 

• Après le choix des paramètres de la méthode, on procède au calcul du vecteur régional pour toutes les stations en cliquant sur "Calculer le vecteur"

Après, un fichier Excel s'ouvre, contenant les résultats du vecteur régional calculé pour toutes les stations. Ce fichier comporte plusieurs feuilles.

Dans la feuille "Graphe_Indices" vous trouverez le graphique de l'évolution du vecteur régional de toutes les stations.

Pour combler les lacunes et remplir les vides présentés dans les séries de données de chaque stations, vous devez tout d'abord sélectionner la station que vous voulez combler ses lacunes, puis cliquez sur "Détails de la station"

Le logiciel génère un fichier Excel contenant trois feuilles:

La feuille "Graphe_Ecarts" qui montre l'évolution temporaire de l'Ecart au vecteur de la station choisie 

La deuxième feuille représente l'évolution du cumul des indices du vecteur et de la station choisie

• Dans la troisième feuille, vous trouverez les données du vecteur régional et les valeurs des données manquantes (les lacunes). 
• la colonne "Observé" contient les données pluviométriques de la station avec les vides ou lacunes,
• la colonne "Calculé" comporte les données pluviométriques calculées à partir du vecteur régional,
• tout d'abord vous devez convertir les données de la colonne "Calculé" en nombre, pour cela vous devez sélectionner les données de toute la colonne puis cliquer sur l'icone jaune  qui s’apparaît, et cliquer sur "Convertir en Nombre"

En fin, vous pouvez copier les valeurs des dates ou des cellules manquantes et les coller dans le tableau des données pluviométriques de la station. 

Pour combler les lacunes des autres stations, vous pouvez retourner à l'Hydraccess et à cette fenêtre pour choisir les autres stations et cliquer à chaque fois sur "Détails de la station".

Et voila, en fin, vous pouvez combler les lacunes que peuvent présenter les séries de données climatiques que vous adoptez dans vos travaux scientifiques à l'aide de la "Méthode du Vecteur Régional" et sous Hydraccess. Les données que vous obtiendrez dépendent évidemment de l'homogénéité de la situation de stations pluviométriques et du nombre de stations que vous utilisez dans le calcul du Vecteur régional.