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Abstract. Environment and Climate Change Canada has initiated the production of a 1980–2018, 10 km, North American precipitation and surface reanalysis. ERA-Interim is used to initialize the Global Deterministic Reforecast System (GDRS) at a 39 km resolution. Its output is then dynamically downscaled to 10 km by the Regional Deterministic Reforecast System (RDRS). Coupled with the RDRS, the Canadian Land Data Assimilation System (CaLDAS) and Precipitation Analysis (CaPA) are used to produce surface and precipitation analyses. All systems used are close to operational model versions and configurations. In this study, a 7-year sample of the reanalysis (2011–2017) is evaluated. Verification results show that the skill of the RDRS is stable over time, and equivalent to that of the current operational system. The impact of the coupling between RDRS and CaLDAS is explored using an early version of the reanalysis system which was run at 15 km resolution for the period 2010–2014, with and without the use of CaLDAS. Significant improvements are observed with CaLDAS in the lower troposphere and surface layer, especially for the 850 hPa dew point and absolute temperatures in summer. Precipitation is further improved through an offline precipitation analysis which allows the assimilation of additional observations of 24-h precipitation totals. The final dataset should be of particular interest for hydrological applications focusing on trans-boundary and northern watersheds, where existing products often show discontinuities at the border and assimilate very few – if any – precipitation observations.

<p>In snow-prone regions, snowmelt is one of the main drivers of runoff. For operational flood forecasting and mitigation, the spatial distribution of snow water equivalent (SWE) in near real time is necessary. In this context, in situ observations of SWE provide a valuable information. Nonetheless, the high spatial variability of snowpack characteristics makes it necessary to implement some kind of snow modelling to get a spatially continuous estimation. Data assimilation is thus a useful approach to combine information from both observation and modeling in near real-time. </p><p>For example, at the provincial government of Quebec (eastern Canada), the HYDROTEL Snowpack Model is applied on a daily basis over a 0.1 degree resolution mesh covering the whole province. The modelled SWE is corrected in real time by in situ manual snow survey which are assimilated using a spatial particles filter (Cantet et al., 2019). This assimilation method improves the reliability of SWE estimation at ungauged sites.</p><p>The availability of manual snow surveys is however limited both in space and time. These measurements are conducted on a bi-weekly basis in a limited number of sites. In order to further improve the temporal and spatial observation coverage, alternative sources of data should be considered.</p><p>In this research, it is hypothesized that data gathered by SR50 sonic sensors can be assimilated in the spatial particle filter to improve the SWE estimation. These automatic sensors provide hourly measurements of snow depth and have been deployed in Quebec since 2005. Beforehand, probabilistic SWE estimations were derived from the SR50 snow depth measurements using an ensemble of artificial neural networks (Odry et al. 2019). Considering the nature of the data and the conversion process, the uncertainty associated with this dataset is supposed larger than for the manual snow surveys. The objective of the research is to evaluate the potential interest of adding this lower-quality information in the assimilation framework.</p><p>The addition of frequent but uncertain data in the spatial particle filter required some adjustments in term of assimilation frequency and particle resampling. A reordering of the particles was implemented to maintain the spatial coherence between the different particles. With these changes, the consideration of both manual snow surveys and SR50 data in the spatial particle filter reached performances that are comparable to the initial particle filter that combines only the model and manual snow survey for estimating SWE in ungauged sites. However, the addition of SR50 data in the particle filter allows for continuous information in time, between manual snow surveys.</p><p> </p><p><strong>References:</strong></p><p>Cantet, P., Boucher, M.-A., Lachance-Coutier, S., Turcotte, R., Fortin, V. (2019). Using a particle filter to estimate the spatial distribution of the snowpack water equivalent. J. Hydrometeorol, 20.</p><p>Odry, J., Boucher, M.-A., Cantet,P., Lachance-Cloutier, S., Turcotte, R., St-Louis, P.-Y. (2019). Using artificial neural networks to estimate snow water equivalent from snow depth. Canadian water ressources journal (under review)</p>

Abstract. River ice is a common occurrence in cold climate hydrological systems. The annual cycle of river ice formation, growth, decay and clearance can include low flows and ice jams, as well as mid-winter and spring break-up events. Reports and associated data on river ice occurrence are often limited to site and season-specific studies. Within Canada, the National Hydrometric Program (NHP) operates a network of gauging stations with water level as the primary measured variable to derive discharge. In the late 1990s, the Water Science and Technology Directorate of Environment and Climate Change Canada initiated a long-term effort to compile, archive and extract river ice related information from NHP hydrometric records. This data article describes the original research data set produced by this near 20-year effort: the Canadian River Ice Database (CRID). The CRID holds almost 73,000 variables from a network of 196 NHP stations throughout Canada that were in operation within the period 1894 to 2015. Over 100,000 paper and digital files were reviewed representing 10,378 station-years of active operation. The task of compiling this database involved manual extraction and input of more than 460,000 data entries on water level, discharge, date, time and data quality rating. Guidelines on the data extraction, rating procedure and challenges are provided. At each location, a time series of up to 15 variables specific to the occurrence of freeze-up and winter-low events, mid-winter break-up, ice thickness, spring break-up and maximum open-water level were compiled. This database follows up on several earlier efforts to compile information on river ice, which are summarized herein, and expands the scope and detail for use in Canadian river ice research and applications. Following the Government of Canada Open Data initiative, this original river ice data set is available at: https://doi.org/10.18164/c21e1852-ba8e-44af-bc13-48eeedfcf2f4 (de Rham et al., 2020).

<p>The applicability of the Canadian Precipitation Analysis products known as the Regional Deterministic Precipitation Analysis (CaPA-RDPA) for hydrological modelling in boreal watersheds in Canada, which are constrained with shortage of precipitation information, has been the subject of a number of recent studies. The northern and mid-cordilleran alpine, sub-alpine, and boreal watersheds in Yukon, Canada, are prime examples of such Nordic regions where any hydrological modelling application is greatly scrambled due to lack of accurate precipitation information. In the course of the past few years, proper advancements were tailored to resolve these challenges and a forecasting system was designed at the operational level for short- to medium-range flow and inflow forecasting in major watersheds of interest to Yukon Energy. This forecasting system merges the precipitation products from the North American Ensemble forecasting System (NAEFS) and recorded flows or reconstructed reservoir inflows into the HYDROTEL distributed hydrological model, using the Ensemble Kalman Filtering (EnKF) data assimilation technique. In order to alleviate the adverse effects of scarce precipitation information, the forecasting system also enjoys a snow data assimilation routine in which simulated snowpack water content is updated through a distributed snow correction scheme. Together, both data assimilation schemes offer the system with a framework to accurately estimate flow magnitudes. This robust system not only mitigates the adverse effects of meteorological data constrains in Yukon, but also offers an opportunity to investigate the hydrological footprint of CaPA-RDPA products in Yukon, which is exactly the motivation behind this presentation. However, our overall goal is much more comprehensive as we are trying to elucidate whether assimilating snow monitoring information in a distributed hydrological model could meet the flow estimation accuracy in sparsely gauged basins to the same extent that would be achieved through either (i) the application of precipitation analysis products, or (ii) expanding the meteorological network. A proper answer to this question would provide us with valuable information with respect to the robustness of the snow data assimilation routine in HYDROTEL and the intrinsic added-value of using CaPA-RDPA products in sparsely gauged basins of Yukon.</p>

The Canada Centre for Mapping and Earth Observation (CCMEO) uses Radarsat Constellation Mission (RCM) data for near-real time flood mapping. One of the many advantages of using SAR sensors, is that they are less affected by the cloud coverage and atmospheric conditions, compared to optical sensors. RCM has been used operationally since 2020 and employs 3 satellites, enabling lower revisit times and increased imagery coverage. The team responsible for the production of flood maps in the context of emergency response are able to produce maps within four hours from the data acquisition. Although the results from their automated system are good, there are some limitations to it, requiring manual intervention to correct the data before publication. Main limitations are located in urban and vegetated areas. Work started in 2021 to make use of deep learning algorithms, namely convolutional neural networks (CNN), to improve the performances of the automated production of flood inundation maps. The training dataset make use of the former maps created by the emergency response team and is comprised of over 80 SAR images and corresponding digital elevation model (DEM) in multiple locations in Canada. The training and test images were split in smaller tiles of 256 x 256 pixels, for a total of 22,469 training tiles and 6,821 test tiles. Current implementation uses a U-Net architecture from NRCan geo-deep-learning pipeline (https://github.com/NRCan/geo-deep-learning). To measure performance of the model, intersection over union (IoU) metric is used. The model can achieve 83% IoU for extracting water and flood from background areas over the test tiles. Next steps include increasing the number of different geographical contexts in the training set, towards the integration of the model into production.

La notoriété des rivières gaspésiennes est fondée, d’une part, sur la couleur émeraude de l’eau, de leurs eaux poissonneuses, mais également sur leurs bassins versants réactifs et toutes les conséquences que cela peut engendrer (p.ex. crues exceptionnelles, érosion, inondation, avulsion, production de bois en rivière, etc.). Suite aux crues majeures et consécutives de 2010 et 2011, les gestionnaires de la réserve faunique de Port-Daniel ont observé la présence d’un embâcle de bois majeur obstruant le chenal dans la portion aval de la rivière Port-Daniel. Cette obstruction a apporté son lot d’inquiétudes et de soucis par rapport au comportement migratoire ainsi qu’à l’abondance du Saumon de l’Atlantique (Salmo salar). C’est dans cette optique qu’une étude hydrogéomorphologique dans la rivière Port-Daniel a été commandée afin d’évaluer l’impact des embâcles de bois sur la montaison du saumon. L’objectif général a été d’analyser la dynamique du bois en rivière afin d’en évaluer son impact sur la trajectoire géomorphologique du cours d’eau et sur la migration anadrome du saumon. Le suivi historique du lit mineur a été réalisé à partir de séquences temporelles de photographies aériennes (1964, 1975, 1986 et 2001), d’orthophotographies (2004 et 2016), d’imagerie satellitaire (2010, 2013, 2018) et de drone (2019). Les modifications observées dans la géométrie planimétrique du lit mineur a permis de caractériser les processus et les ajustements morphologiques (migration latérale, avulsion, recoupement de méandre) et de quantifier l’érosion (calcul de taux de recule, surface érodée) pour chacune des époques. L’évaluation du bilan ligneux a été effectuée sur environ 15 km du corridor fluvial de la rivière Port-Daniel. Le bilan a été dressé à partir des apports (estimé à partir des surfaces érodées dans le temps et de la densité volumétrique), du bois en transition (mesuré dans le corridor fluvial à l’été 2019) ainsi qu’en accumulation (mesuré dans la zone deltaïque). L’analyse des résultats a ensuite permis de dresser un diagnostic à partir des caractéristiques hydrogéomorphologiques pour ainsi évaluer la trajectoire géomorphologique de la rivière Port-Daniel. Le bilan ligneux de la rivière Port-Daniel n’indique en aucun cas que le bois présent dans le corridor fluvial, incluant l’embâcle majeur observé à la suite des crues de 2010 et 2011, constitue une restriction à la montaison et la dévalaison du saumon. En effet, le chenal principal, autrefois obstrué par un embâcle massif, a emprunté un tracé différent possédant des caractéristiques hydrogéomorphologiques favorables à la migration anadrome de salmonidés. De plus, les analyses et les observations terrain ont démontré que la formation de ces embâcles massifs a contribué à la reconstruction de la plaine alluviale et que plusieurs des embâcles présents ont permis au chenal de se stabiliser. La présence et l’activité du Castor du Canada (Castor canadensis) ont été également observées. Toutefois, la dimension, les caractéristiques et la localisation des barrages présents dans le chenal migratoire ainsi que la littérature ne montrent pas ces structures comme des nuisances aux mouvements des salmonidés.

Among natural-disaster risks, heat waves are responsible for a large number of deaths, diseases and economic losses around the world. As they will increase in severity, duration and frequency over the decades to come within the context of climate change, these extreme events constitute a genuine danger to human health, and heat-warning systems are strongly recommended by public health authorities to reduce this risk of diseases and of excessive mortality and morbidity. Thus, evidence-based public alerting criteria are needed to reduce impacts on human health before and during persistent hot weather conditions. The goal of this guide is to identify alert thresholds for heat waves in Canada based on evidence, and to propose an approach for better defining heat waves in the Canadian context in order to reduce the risks to human health and contribute to the well-being of Canadians. This guide is the result of the collaboration among various research and public institutions working on: 1) meteorological and climate aspects, i.e. the Meteorological Service of Canada (MSC, Environment and Climate Change Canada), and the ESCER centre at the Universite du Quebec a Montreal, and 2) public health, i.e. Health Canada and the Institut National de Sante Publique du Quebec.

En marge de la Cinquième Plateforme régionale pour la Réduction des risques de catastrophes des Amériques (PRA), le gouvernement du Canada a approché l’Institut des sciences de l’environnement(ISE) de l’Université du Québec à Montréal(UQAM) afin d’organiser un forum public. Les échanges de ce dernier devaient servir à alimenter les discussions de la PRA. Au total, 21 experts ont discuté avec une centaine de participants lors de panels organisés à l’UQAM sous les thèmes de la santé, de la sécurité civile et de l’aménagement du territoire. Plusieurs thèmes transversaux ont aussi émergé tout au long du forum. Il importe de pérenniser le rôle de la recherche et d’améliorer les capacités de formation technique et universitaire afin de former des spécialistes en mesure d’appréhender la complexité de la gestion du risque dans un contexte de changements environnementaux et climatiques. Ceci est également essentiel pour l’identification des facteurs de risque (multisources ou multidimensionnels), pour tirer des leçons apprises des événements majeurs passés et récents, et pour développer ou mettre à jour la connaissance sur les tendances en cours et à venir des aléas météorologiques, ainsi que des facteurs de vulnérabilité et d’exposition. Tous les panels ont discuté de l’importance de favoriser le décloisonnement intra/interorganisationnel pour promouvoir la transsectorialité et les retours d’expériences systématiques. Pour ce faire, il faut s’inspirer des modèles internationaux, notamment du système d’alertes hydrométéorologiques présenté par Météo-France. Celui-ci inclut une vigilance météorologique qui cible des populations et des autorités publiques, et les informe des comportements et des règles à suivre lors d’alertes plus problématiques (vigilance aux stades orange et rouge). Finalement, l’amélioration de la communication et le libre accès à l’information sont des éléments essentiels pour protéger les individus et développer une société plus résiliente.

Semantic Scholar extracted view of "CLIMATE VARIABILITY AND CHANGE IN CANADA" by E. Barrow et al.

Les bassins versants du Moyen‐Nord quebecois (49e au 55e parallele) se distinguent par leur climatologie et le pourcentage eleve de territoires couverts par des lacs et milieux humides (de l’ordre de 20 a 30 %) et, surtout, par leur importante contribution a la production electrique du Quebec; le complexe de la riviere La Grande generant environ 40% de l’electricite quebecoise. Dans le contexte de la gestion de la production d’electricite, Hydro‐Quebec Production fait la prevision des apports aux reservoirs de ce complexe a l’aide d’un modele hydrologique global. Par ailleurs, depuis les annees 1980, le milieu boreal quebecois a subi des hausses de temperature et de precipitation qui ont modifie le regime des apports aux reservoirs. Compte tenu de ces changements et des caracteristiques physiographiques des bassins boreaux, il a ete propose d’utiliser un modele hydrologique distribue a base physique pour examiner l’impact sur ces apports des projections climatiques produites par Ouranos. En l’occurrence le modele HYDROTEL dont la prise en mains est en train d’etre completee par Hydro‐Quebec Production. Le modele qui est maintenant convenablement cale pour un certain nombre de bassins repond aux attentes dans les bassins du sud du Quebec. Toutefois, pour les grands bassins du Nord comme ceux du Complexe La Grande, l’utilisation du modele requiert des travaux d’adaptations, entre autres, aux niveaux de la modelisation des milieux humides et de la desagregation spatiale des precipitations simulees par les modeles climatiques. Les objectifs generaux de ce projet etaient d’accroitre notre comprehension de l’hydrologie du moyen nord afin qu’elle soit bien representee dans HYDROTEL tout en tenant compte des incertitudes parametriques associees aux differentes equations gouvernant les processus physiques. Ces objectives ont ete declines en trois activites de travail : (AT1) modelisation des processus hydrologiques; (AT2) calage et analyses de sensibilite, d’identifiabilite et d’incertitudes des parametres de calage d’HYDROTEL; et (AT3) amelioration des plateformes informatiques HYDROTEL et PHYSITEL, ce dernier etant un SIG dedie a la construction des bases de donnees de modeles hydrologiques distribues. Pour Ouranos et Hydro‐Quebec les principales realisations issues de ce projet incluent : (i) le developpement d’une methode eprouvee de desagregation sous grille de la precipitation mesoechelle permettant d’evaluer a fine echelle spatiale l’impact des changements climatiques sur les precipitations; (ii) une meilleure comprehension de la dynamique des ecoulements, du stockage de l’eau et de l’evapotranspiration d’un petit bassin versant boreal incluant une grande une tourbiere minerotrophe aqualysee; (iii) l’evaluation du parametrage de la sublimation et la relocalisation de la neige dues au vent et l’identification du besoin d’inclure le rayonnement sous la canopee pour bien reproduire la crue avec un modele complexe de l'evolution du couvert nival; (iv) la detection de la quasi neutralite frequente (~76% du temps, majoritairement le jour) de l’atmosphere au‐dessus d’un milieu humide causee par une turbulence mecanique forte et une grande inertie thermique; conditions ayant permises le developpement d’un modele simple d’evapotranspiration des milieux humides base le transfert massique et la stabilite atmospherique; (v) le developpement d’un modele de rayonnement net base uniquement sur des donnees de temperatures journalieres (min, max) et une estimation des parametres permettant de valider l’utilisation de l’equation de Penman‐Monteith dans le nord quebecois; (vi) la hierarchisation des parametres de calage d’HYDROTEL selon la saison et le developpement d’une methode permettant d’evaluer l’incertitude sur les debits simules et d’identifier son importance durant la fonte et l’etiage estival; (vii) dans un contexte d’analyse frequentielle des debits simules, evaluation de l’incertitude parametrique par rapport a l’incertitude statistique, cette derniere dominant pour les periodes de retour superieures a cinq ans; (viii) a l’aide de PHYSITEL, la premiere discretisation du complexe de la riviere La Grande (136 648 km2) en six sousbassins (LG1, LG2, LG3, LG4, La Forge 1 & 2,et Caniapiscau) leur subdivision en versants permettant le calcul de crues maximales probables a l’aide d’HYDROTEL; et (ix) le developpement d’une version 64 bits d’HYDROTEL incluant de nouveaux modules de de calculs de la temperature du sol et des bilans hydriques des milieux humides et isoles. L'avancement de nos comprehensions de l'hydrologie des milieux humides et du milieu boreal en general a ete a la base du developpement des versions adaptees d'HYDROTEL et de PHYSITEL qui permettront a Hydro‐Quebec d'apprehender, avec une modelisation distribuee, l'impact des changements climatiques sur le complexe de la riviere La Grande. Ces logiciels sont transposables a l’ensemble du milieu boreal canadien. Une entente conclut, depuis 2005, entre l’INRS et Hydro‐Quebec (HQ) permet d’ailleurs une distribution commerciale des differentes versions d’HYDROTEL avec interfaces usagers de meme qu’une distribution communautaire du noyau de calcul. Cette synergie a permis de mettre en commun des ressources et des expertises qui facilitent les echanges scientifiques et techniques entre les concepteurs d’HYDROTEL, le Centre d’expertise hydrique du Quebec (CEHQ), HQ, l’IREQ (Institut de recherche en electricite du Quebec) et d’autres usagers (ex. : l’IMTA, Instituto Mexicano de Technologia del Agua). Au total, plus d’une quarantaine de licences ont ete distribuees tant pour des besoins d’enseignement (Universite de Sherbrooke) et de recherche (Universite Laval, UQTR, UQAC, IREQ, Ecole de Technologie Superieure, INRA de Montpellier, Environnement Canada, Agriculture et Agroalimentaire Canada), que des besoins de prevision hydrologique (IMTA, Ville de Quebec, Centre d’expertise hydrique du Quebec, HQ). La modularite informatique d’HYDROTEL se prete egalement bien a cette synergie car elle offre la possibilite de partager le savoir‐faire et, par l’entremise d’un site internet public (CodePlex), de mettre a la disponibilite de tous les nouvelles versions du noyau de calcul. Ces developpements ont permis a l’equipe de l’INRS‐ETE d’acquerir une reconnaissance internationale en modelisation hydrologique distribuee. En effet, HYDROTEL et PHYSITEL ont dans le passe ete identifie comme les outils a utiliser dans le cadre d’appels de proposition de projets de determination du potentiel hydroelectrique finances par la Banque Mondiale [World Bank, 2009].

Cette stratégie oriente les activités scientifiques d'Environnement et Changement climatique Canada afin de favoriser un avenir plus vert et plus durable. Elle met l'accent sur nos gens, nos valeurs et nos priorités tournées vers l'avenir en tant que ministère fédéral à vocation scientifique.