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Zonation des conditions d'enneigement en toundra forestikre, Baie d9Hudson, Nouveau-QuCbec
SERGE PAYETTE, JACQUES OUZILLEAU ET LOUISE FILION Centre d'e'trrdes trorc1iq~re.r et De'prrrtemrnt rie pllytologie, Utlive~rite' Laval, Que'bec GiK 7P4
R e ~ u le 9 dCcembre 1974
PAYETTE, S., J. OUZILLEAU et L. FILION. 1975. Zonation des conditions d'enneigement en toundra forestiere, Baie d'Hudson, Nouveau-QuCbec. Can. J. Bot. 53: 1021-1030.
Des mesures sur la profondeur et la densite de neige de diverses formations conifkriennes de la toundra forestikre sont prCsentCes dans ce travail. Sachant que la toundra forestiere se subdivise, d'une part, en sous-zone forestikre au sud et en sous-zone arbustive (ou de krummholz) au nord et, d'autre part, en domaine Ccoclimatique maritime B proximitt5 de la Baie d'Hudson et en domaine Ccoclimatique continental vers I'inttrieur des terres, les caractkristiques d'enneigement montrent une distribution zonale. C'est dans la sous-zone arbustive des deux domaines Ccoclimatiques que se retrouvent les formations conifkriennes les plus enneigCes; les densitCs de neige augmentent graduellement de la taiga B la toundra. Les profondeurs et les densitCs de neige les plus ClevCes s'observent dans le domaine Ccoclimatique maritime. Ces rksultats suggkrent les remarques suivantes: (I) I'enneigement maximum de la partie septentrionale de la toundra forestikre est attribuable B une augmentation des espaces nus et B une ouverture plus grande des formations coniferiennes, permettant une plus grande disponibilitt et un piCgeage plus efficace de neige poudrCe; (2) I'augmentation graduelle de la densit6 du tapis nival doit &tre reliee a des conditions climatiques plus rigoureuses au point de vue tempCrature et exposition Colienne; I'influence du vent est d'autant plus marquCe que les milieux CtudiCs sont de plus en plus ouverts; et (3) les diffkrences observCes dans les conditions d'enneigement des deux domaines Ccoclimatiques soulignent que le milieu maritime est plus fortement expos6 aux vents que le milieu continental; la prksence exclusive d'kpinettes blanches (Picea glaucrr (Moench) Voss) arborescentes dispersCes dans les divers krummholz favorise la formation de meilleurs pieges B neige que ceux des krummholz du milieu continental, reprCsentCs uniquement par des Cpinettes noires (Picea tnrrriana (Mill.) BSP.) prostrkes et Crigkes, mais toujours densement agglomCrCes. La zonation des conditions d'enneigement reflete les conditions climatiques de la toundra forestikre, lesquelles dCterminent une distribution Ccologique specifique des diverses formations coniferiennes.
PAYETTE, S., J. OUZILLEAU, and L. FILION. 1975. Zonation des conditions d'enneigement en toundra forestiere, Baie d' Hudson, Nouveau-QuCbec. Can. J . Bot. 53: 1021-1030.
Dataon snow depth and snow density of various forest-tundra coniferous stands are presented in this paper. A latitudinal pattern in snow conditions is observed in the forest-tundra envi- ronment, as predicted from the facts that are obtained when this phytogeographical region is subdivided, firstly, into a forested subzone in the southern part and a shrub subzone (or krummholz) in the northern part and, secondly, into a maritime ecoclimatic area near Hudson Bay and a continental ecoclimatic area inland. The most snowy coniferous stands are located in the shrub subzone; snow density risesgradually from the taiga to the tundra. The highest values in snow properties are found in the maritime ecoclimatic area. These data suggest the following observations: (1) maximum snow depth measured in the northern part of the forest-tundra is explained by an increase of barren ground cover and by the presence of more open coniferous stands, which favor snow drifting and snow trapping; (2) the gradual increase in snow density is related to more rigorous climatic conditions; wind exposure is rather important since these sites are getting more open; and (3) the differences in snow conditions between the ecoclimatic areas show that the maritime environment is more windy; the presence of scattered and erected white spruce (Picea glarrca (Moench) Voss) in various krummholz formations in that area favors more efficient snow traps than those of krummholz formations located in the continental area. The latter is dominated by prostrate and erect black spruce (Picea mariana (Mill.) BSP.) always densely agglomerated. The latitudinal pattern in snow conditions reflects the climatic conditions of the forest-tundra, and this determines the specific ecological distribution of coniferous stands.
Introduction de Payette et al. (1973), oh il a CtC dtmontrC que Le prCsent travail sur les conditions gCn6rales (1) l'tpaisseur et la densit6 de neige varient selon
d'enneigement de la toundra forestikre du diffkrentes structures de vegetation; (2) l'agence- Nouveau-QuCbec fait suite A une rCcente Ctude ment des diverses unites topographiques et
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des structures de vtgttation favorise l'existence de seuils d'enneigement, de tels seuils ttant dttermints par un processus de saturation topographique; et (3) ce processus conduit, au cours de l'hiver, a la formation d'une nouvelle topographie des paysages htmi-arctiques, de laquelle sont issus des niveaux d'trosion tolienne apparemment constants d'une annte a l'autre.
Ces rtsultats nous amtnent maintenant 2 prtciser dans quelles mesures varient les carac- ttristiques de la couverture nivale pour l'en- semble des formations coniftriennes distributes dans les rtgions reprtsentatives de la toundra forestitre, situte sur la facade orientale de la Baie d'Hudson (figure 1). Sachant que la toundra forestitre du territoire ttudit est subdiviste en sous-zone forestitre et en sous-zone arbustive (ou de krummholz) (Payette 1975), il convient de rechercher a travers les donntes d'enneige- ment une rtpartition zonale, reflttant la distribu- tion latitudinale tcologique des formations coniftriennes.
Un mois de travail, en mars 1974, a ete ntcessaire pour inventorier les regions de Poste-de-la-Baleine, du Golfe de Richmond et du fleuve Nastapoka, bien que I'ensemble des donnees ait ete recueilli au cours d'une pkriode de 2 semaines. Un laps de temps plus court serait indispensable pour I'echantillonnage, afin d 'hiter des changements importants dans la profondeur et la densite des couverts relies aux chutes de neige tombant pendant cette periode. Cependant, de telles precipitations nivales ne sont pas survenues; I7Cchantillonnage a dCbute quelques jours apres la seule veritable temptte de mars, et cela pour toutes les regions etudiees.
Les observations presentees dans ce travail se rap- portent uniquement a des formations coniferiennes localisCes dans diffkrentes regions climatiques de la toundra forestiere, correspondant aux deux sous-zones phytogeographiques dCcrites par Payette (1975). Dans ce meme travail, I'auteur a aussi distinguk le domaine Ccoclimatique maritime, longeant la cBte hudsonienne sur une largeur d'environ 5 a 8 km, et domine par les for& d'kpinette blanche, et le domaine continental, situC au-dela de la bande maritime, represent6 par les for& d'epinette noire (figure 1). Les formations coni- feriennes de Poste-de-la-Baleine et du Golfe de Rich- mond appartiennent au domaine maritime, celles du Nastapoka au domaine continental. Les fortts exposees sont localisees pres de la mer a Poste-de-la-Baleine et au Golfe de Richmond et sont plus soumises aux vents marins que les forCts situees a quelques kilometres du littoral.
L'Cchantillonnage des formations coniferiennes a ete Ctabli comme suit. (1) Des secteurs caractirises par des stations forestieres, en milieux exposes et proteges, et des stations de krummholz sont delimites. (2) Ces stations occupent une surface suffisamment grande, de manitre a permettce la prise de plusieurs mesures sur
1'Cpaisseur et la densite du tapis de neige. (3) Ces stations sont traverskes par une quinzaine ou une vingtaine de lignes paralleles et Cquidistantes, dont environ la moitiC est utilisee dans I'Cchantillonnage par un choix fait au hasard. (4) Les lignes d'echantillonnage sont subdivistes en 10 emplacements oh I'on mesure les caracteristiques nivales sous un arbre (ou dans un krummholz bas), entre plusieurs Cpinettes denskment agglomtrQs et dans les parties ouvertes de la formation. Une exception est toutefois a signaler en ce qui concerne I'echantillonnage des krummholz de la region du Golfe de Richmond. Sachant que les stations ne couvrent pas une grande surface, chaque formation a etC numerotee partir de la carte de distribution des formes de croissance et des formations coniferiennes presentees dans 1'Ctude de Payette et Filion (manuscrit non publie) sur la limite latitudinale des for& en milieu maritime. Les stations inventorikes ont CtC dkterminees au hasard. Enfin, nous avons utilisk un ichantillonneur volumCtrique Mt. Rose au cours de I'enregistrement des profondeurs et des densitis de neige des diverses formations coniferiennes.
L'ensemble des rtsultats relatifs a la densitt et a la profondeur de la neige des formations coniftriennes des trois rtgions ttudites est prtsentt au tableau 1. De facon gtntrale, on note que (1) les arboraies (for&ts) du Poste-de- la-Baleine et du Golfe de Richmond sont moins enneigtes que les autres formations du territoire Ctudit; (2) l'enneigement des for&ts du Nasta- poka semble &tre du m&me ordre que celui des arboraies expostes des deux rtgions prtctdentes, alors que les krummholz du Golfe de Richmond sont de loin plus enneigts que ceux du Nasta- poka et les for&ts expostes des deux rtgions plus mtridionales; (3) les arboraies du Poste-de- la-Baleine et du Golfe de Richmond posstdent les couverts de neige les moins denses; (4) les arboraies du Nastapoka et les arboraies expostes des deux rtgions mtridionales ont des densitts de neige similaires; et (5) la neige la plus dense a t t t mesurte dans les formations en krumm- holz, oh elle atteint un maximum dans les formations du Golfe de Richmond.
Les tcarts a la moyenne de la profondeur et de la densitt du tapis nival dans les arboraies du Poste-de-la-Baleine sont les plus faibles. Les tcarts les plus elevts sont tvidemment dans les for&ts expostes et les krummholz des rtgions ttudites. L'allure des histogrammes de frtquence (figures 2 et 3) souligne a cet effet une distribu- tion des valeurs mesurtes relite aux conditions tcologiques des formations.
Une analyse plus pousste des donntes in- ventorites montre qu'il existe des difftrences trts significatives quant a la profondeur et la
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DOMAINE M A R I T I M E
1 sous-zone forest ie re
2 sous-zone arbust ive
3 s o u s - z o n e f o r e s t i e r e
4 s o u s - z o n e a r b u s t i v e
T TOUNDRA
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FIG. 1. Local isat ion du territoire 6tudi6.
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TABLEAU 1
Densite et profondeur de neige des formations coniferiennes du territoire Btudie
Densit6 Profondeur en pouces (cm) -
Formation Erreur stand. Erreur stand. coniferienne Region N Moyenne Ecart-type de la moyenne Moyenne Ecart-type de la moyenne
Arboraie
Arboraie
Arboraie
Arboraie exposee
Arboraie exposee
Krummholz
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POSTE-DE-LA- BALEINE GOLFE DE R I C H M O N D N A S T A P O K A
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FIG. 2. Distribution des mesures de profondeur de n e i g e (cm) dans les formations c o n i f e r i e n n e s etudiees.
densitt du couvert de neige des differentes formations coniftriennes au sein d'une m&me region (tableau 2). Notons, cependant, que les differences de profondeur entre les for&ts expostes et les krummholz du Golfe de Rich- mond ne sont pas significatives. Dans ce cas, on doit observer que les krummholz ressemblent des formations d'tpinette blanche et d'tpinette
noire prtsentant autant de formes de croissance prostrtes qu'trigtes. Certaines de ces formations ressemblent a des formations arborescentes expostes. A cet tgard, on remarque que les formations du Golfe de Richmond comprennent un ensemble de structures vtgttales trodtes, aligntes le long d'un gradient climatique, faisant une transition entre les for& expostes
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POSTE -DE-LA.BALE I N E G O L F E DE R I C H M O N D N A S T A P O K A '
GOLFE DE R I C H M O N D
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FIG. 3. Distribution des mesures de densitd de neige dans les formations conifdriennes dtudides.
et les krummholz d'Cpinette noire trts prostrCs entre les arboraies du Poste-de-la-Baleine et du (Payette et Filion, manuscrit non publik). Golfe de Richmond, on note que les arboraies
En ce qui concerne les diffkrences entre les du Nastapoka et celles des deux rCgions prCcC- caractCristiques du couvert de neige au sein dentes different de f a ~ o n tres significative. (2) d'une mCme structure vCgCtale (tableau 3), les Les arboraies exposCes du Poste-de-la-Baleine points suivants doivent Ctre soulignCs. (1) Alors et du Golfe de Richmond posddent des caractC- qu'il n'existe aucune diffkrence significative ristiques d'enneigement semblables. (3) Les
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TABLEAU 2
Tests de differences de moyennes des profondeurs et des densites de neige entre les formations coniferiennes d'une mtme region
Region, formation Densite Profondeur
Poste-de-la-Baleine Arboraie - arboraie exposee * * * *
Golfe de Richmond Arboraie - arboraie exposee * * * * Arboraie - krummholz * * * * Arboraie exposee - krummholz * * NS
Nastapoka Arboraie - krummholz * )i * * NOTEZ: ** significatif au seuil de 0.01; NS, non significatif.
TABLEAU 3
Tests de differences de moyennes des profondeurs et des densites de neige entre les mtmes types de formations coniferiennes
Formations coniferiennes Densite Profondeur
Arboraies Poste-de-la-Baleine - Golfe de Richmond NS NS Golfe de Richmond - Nastapoka ** * * Poste-de-la-Baleine - Nastapoka * * *t
Arboraies exposees Poste-de-la-Baleine - Golfe de Richmond NS NS
Krummholz Golfe de Richmond - Nastapoka ** * * NOTEZ: ** significatif au seuil de 0.01 ; NS, non significatif.
formations en krummholz des rtgions ttudites montrent des profondeurs et des densitts de neige statistiquement difftrentes. Enfin, on doit signaler des corrtlations trks significatives entre la profondeur et la densitt du couvert nival au sein de chaque structure de vtgttation (tableau 4). Les coefficients les plus tlevts caracterisent les arboraies exposees du Golfe de Richmond et du Poste-de-la-Baleine, alors que l'ensemble des autres formations conifkriennes possede des coefficients relativement similaires.
Discussion La distribution des formations coniftriennes
Ctudiees suit un gradient climatique latitudinal et longitudinal. Les for& du Golfe de Rich- mond se localisent a la limite des forCts (sensu Hustich 1966) et reprtsentent la limite sep- tentrionale de la sous-zone forestikre de la toundra forestiere, en milieu maritime (Payette 1975). Toutes les autres formations conift- riennes, a l'exception des arboraies de Poste-de- la-Baleine, appartiennent a la sous-zone de
krummholz. Inttgrtes dans le cadre de la zona- tion des formations coniftriennes, les caracttris- tiques d'enneigement prtsenttes au tableau 1, ainsi que leur degrt de similitude au sein d'une meme rtgion et d'une meme structure (tableaux 2 et 3), mettent en evidence les relations sui- vantes. (1) Les arboraies de la sous-zone forestiere se situent dans des milieux peu exposts aux vents; les faibles densitts du couvert suggerent une stdimentation calme de la neige. (2) Les arboraies du Nastapoka ressemblent aux arboraies expostes du domaine tcoclimatique maritime, mCme si elles se locali- sent A une plus haute latitude; ces diverses arboraies sont soumises a une certaine exposition tolienne exercant une influence importante au niveau de l'augmentation et de la compaction de la neige; ces arboraies sont plus ouvertes que celles des milieux prottgts de la sous-zone forestiere, ce qui a pour effet de permettre le piCgeage d'une plus grande quantitt de neige poudrte. (3) Les formations en krummholz du Golfe de Richmond accentuent ce phtno-
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TABLEAU 4
Correlation entre la profondeur et la densite de neige dans chaque formation coniferienne
Formations coniferiennes Coefficient de correlation ( r )
Arboraies Poste-de-la-Baleine Golfe de Richmond Nastapoka
Arboraies exposees
Golfe de Richmond Krummholz
Golfe de Richmond Nastapoka
Tous sont .7229 significatifs au
seuil de 0.01 ,8019
rnene de capture de neige en raison d'une dis- tribution apparemment plus approprite des formes de croissance trigtes. Ces formations de krummholz sont compostes d'une faible couverture arborescente d'tpinette blanche, aux formes souvent trodees, assocites dans plusieurs stations avec des krummholz d'tpinette noire et de quelques formes prostrtes d'tpinette blanche. C'est la un trait essentiel de la sous- zone de krummholz du domaine maritime d'Ctre constitute de formations mixtes d'tpinette blanche et d'tpinette noire, dont les structures montrent un pourcentage variable mais faible d'arbres. La sous-zone de krummholz du domaine continental est composte uniquement d'tpinettes noires, soit en formations forestieres, soit en formations arbustives. Alors que les tpinettes blanches montrent un grtgarisme peu pousst dans la sous-zone de krummholz, les ipinettes noires sont toujours fortement ag- glomtrees, notamment par marcottage. Ces difftrences phytosociologiques entre les deux especes d'tpinettes permettent d'expliquer les plus grandes accumulations de neige dans les formations de krummholz du domaine maritime. Elles rendent compte aussi, dans une certaine mesure, des diffkrences de densitt enregistries entre les formations des deux domaines. En effet, la position continentale des krummholz d'tpinette noire favorise une exposition tolienne moins importante que sur le littoral. L'exposi- tion tolienne plus intense dans le domaine mari- time, oh I'tpinette blanche sous forme trigte c6toie l'tpinette noire sous forme prostrte, nous permet de croire que cette derniere espece posside une aptitude gtnttique a se prtvaloir
plus facilement et plus rapidement de formes adapttes au climat rtgional. Cette constatation est confirmte notamment par les plus faibles densitts de neige mesurtes dans les formations de krummholz d'tpinette noire du domaine continental, suggtrant l'existence de milieux moins exposts par rapport au domaine mari- time. (4) Enfin, il est possible que le fort enneige- ment des structures vCg6tales arborescentes et arbustives hautes, comme certains types de krummholz des sous-zones arbustives du terri- toire ttudit, soit favorist par une plus grande quantitt de neige a poudrer par rapport aux sous-zones forestiires, oh les forCts occupent une plus grande surface.
Si l'on compare les rtsultats presentts dans ce travail avec ceux de Payette et al. (1973), concernant principalement les arboraies ei les arboraies expostes du Golfe de Richmond situtes dans le domaine continental, on note que l'ensemble des mesures est du mCme ordre, sauf I'enregistrement d'une densitt de neige plus faible dans les forCts en 1973. Cette difftrence peut Ctre due au fait que l'hiver 1974 a it6 plus froid, favorisant ainsi un mttamorphisme plus pousst des grains de neige; on a, en effet, not6 une proportion plus importante de neige de sublimation ("depth hoar," Benson 1969) dans les dtp6ts de neige en 1974; de plus, le rearrangement des cristaux de neige, suite au mttamorphisme, permet une plus grande com- paction du tapis nival. Si les mesures de 1973 ne montrent aucune corrtlation entre la pro- fondeur et la densit6 de neige pour une mCme structure vtgttale, les rtsultats de 1974 (tableau 4) soulignent des corrtlations positives au sein de chaque formation coniftrienne. Ces dif- ftrences semblent indiquer que l'tchantillonnage de 1973 etait bast sur la dominance de structures vtgttales sans considtrer leur distribution tcologique, alors que l'tchantillonnage de 1974 a t t t ttabli en retenant uniquement une structure vtgttale rtpartie d'un seul tenant sur une grande surface et caracttriste par des conditions tcologiques uniformes; ceci permet de dtceler plus facilement une relation ttroite entre l'augmentation de l'tpaisseur du tapis de neige et une hausse de la densit6.
Les donntes de 1973 et de 1974 suggerent la prtsence d'un patron d'enneigement relative- ment constant d'une annte l'autre dans la toundra forestiere hudsonienne, lequel serait probablement applicable aux secteurs plus
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continentaux du Qutbec-Labrador (Matthews 1962; Thom et Granberg 1970). Bien que variant d'un domaine tcoclimatique l'autre, ce patron d'enneigement (figure 4) montre une zonation a l'inttrieur de la toundra forestiere. On observe, en effet, une augmentation de la profondeur de neige en atteignant les for& et les krummholz tlevCs de la sous-zone arbustive et une diminution dans les formations basses de la partie septentrionale de la sous-zone arbus- tive, et probablement de la toundra arbustive. La diminution de la profondeur et de la densitt de la neige vers la sous-zone foresti6re est attribuable a un changement de la structure des forEts, devenant de plus en plus fermtes, ainsi qu'a une diminution des espaces ouverts et de l'exposition tolienne. L'augmentation de la densitt du tapis nival en toundra est relite aux conditions climatiques plus rigoureuses (basses tempkratures, exposition tolienne); l'ab- sence d'arbres et d'arbustes ClevCs en toundra favorisent une plus grande turbulence au con- tact de la surface de neige. Une diminution synchrone de l'tpaisseur de neige en toundra serait due a l'absence de pieges neige fonc- tionnels. Les formations arborescentes et de krummholz hauts de la sous-zone arbustive de la toundra forestiere constituent des brise-vents naturels tres efficaces, compte tenu de leur structure ouverte et de la grande ttendue des espaces nus oh la poudrerie est frtquente et intense. La zonation des conditions d'enneige- ment en toundra forestiere est d'autant plus importante que les prtcipitations nivales dimi-
nuent rtgulierement depuis la taiga jusqu'a la toundra (Gagnon et Ferland 1967; Wilson 1971). Une telle zonation souligne, enfin, que l'en- neigement reflete assez fidelement le patron de distribution des formations coniftriennes dont l'origine et la nature sont principalement climati- ques.
Remerciements
Cette ttude a pu Etre rCalisCe grhce a des octrois du Ministere de 1'Education du QuCbec (programme FCAC) et du Conseil national de recherche du Canada.
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