Atelier de Modelisation de l’Atmosphere - 20-22 Janvier 2014, Toulouse

Previsibilite de la modelisationdes aerosols pendant CHARMEX 2013

Laurent MENUT, Geraldine REA, Regis BRIANT, Solene TURQUETY, Sylvain MAILLER

Laboratoire de Meteorologie DynamiqueIPSL, CNRS, UPMC, ENS, Ecole Polytechnique, Palaiseau, France.

Questions principales de l’etude:Les concentrations d’aerosols sont elles tres variables selon l’echeance de prevision?Les aerosols les plus abondants sont-ils les plus variables?

Les principaux episodes de l’ete 2013

Un ete 2013 sans evenements intenses de transport d’aerosolsDes panaches d’aerosols mineraux faiblement concentres mais detectes chaque jour et sur toute la periodeestivalePas d’evenement majeur de feux de vegetationDes concentrations d’aerosols sensiblement plus elevees pendant les periodes:

16 et 17 juin: mineraux et sels de mer18, 19 et 20 juin: mineraux, sels de mer et pollution anthropiquedu 22 juin 2013 au 3 juillet: mineraux, sels de mers et panaches de feux→ Focus sur la periode du 16 au 20 juin 2013

Les 16 et 17 juin 2013

AOD a 550nm - MODIS TERRA v5.1

Du 18 au 20 juin 2013

AOD a 550nm - MODIS TERRA v5.1

Le systeme de modelisation utilise: WRF-CHIMEREDeveloppements recents sur les emissions d’aerosols mineraux

Le modele d’emissions d’aerosols mineraux: Une nouvelle base de donnees de surface pour le calcul del’erosion (Menut et al., 2013, JGR) + presentation AMA 2014 (Briant et al.).

Longueur de rugosite z0 ASCAT Flux d’aerosols mineraux avec z0 ASCAT

Developpements recents sur les emissions de feux de vegetationLe modele d’emissions de feux: un modele a haute resolution spatiale, dedie au calcul de flux en modeanalyse et prevision quotidienne (Turquety et al., 2013, GMDD).

Le systeme de modelisation utilise: WRF-CHIMERE

Le systeme de prevision quotidienne mis en place pour CHARMEX

Etape 1:Recuperation des donnees MODISCalcul des flux d’emissions de feuxVisualisation des cartes

Etape 2:Recuperation des champs meteo globaux GFSSimulation WRF sur l’Afrique et l’Europe

Flux d’emissions des feux de vegetation

Etape 3:Simulation CHIMERE, force par WRFVisualisation de cartes, series chronologiques

Concentration d’ozone en surface

Focus sur l’episode du 16 - 19 juin 2013

Epaisseur optique et charge en aerosols

OBSERVATIONS MODELEMODIS TERRA - AOD a 550nm CHIMERE PM10 (anthropiques + biogeniques) load g/m2

16 + 17 juin 16 juin 17 juin

18 + 19 + 20 juin 18 juin 19 juin

Le modele simule un panache important de PM10 vers l’Ouest, vu par MODISSimulation d’un second panache, plus faible, traversant l’Espagne et la France, non vu par MODIS

Zoom sur la Mediterranee

Colonne atmospherique en PM10 (g/m2)- Simulations d’analyse

16 juin 17 juin

18 juin 19 juin

Fortes emissions simulees en AfriquePanache de PM10 transporte vers l’Espagne et la France sur toute la periode

Previsibilite autour du 18 juin 2013

Colonne atmospherique en PM10 (g/m2) - Simulations de prevision

D-1 (prevision realisee le 19 juin) D+0 (prevision realisee le 18 juin)

D+1 (prevision realisee le 17 juin) D+2 (prevision realisee le 16 juin)

Une variabilite de la prevision faible sur toute la colonne et sur 4 joursLes sites etudies pendant CHARMEX sont en bordure d’un panache de dust

Previsibilite autour du 18 juin 2013

Colonne atmospherique en PM10 (g/m2) - Simulations de prevision

[D-1] (analyse du 18 juin) [D+0] - [D-1]

[D+1] - [D-1] [D+2] - [D-1]

L’augmentation des differences de prevision augmente avec l’echeance.Variabilite: de ±0.5 g/m2 a ±2 g/m2 pour la prevision en (D+2)Les ”dipoles” montrent la variabilite du vent pour les emissions de dust

Previsibilite autour du 18 juin 2013

PM10 (µg/m3) en surface - Simulations de prevision

[D-1] (analyse du 18 juin) Difference [D+0] moins [D-1]

Difference [D+1] moins [D-1] Difference [D+2] moins [D-1]

Les concentrations de surface sont dominees par les fortes emissions de dust en AfriqueDes differences apparaissent en (D+1) et (D+2) sur l’Europe liees au transport de sels de mer et de dust

Series chronologiques de concentrations de surface: PM10 totaux

Cap CorsePM10 (µg/m3) PM10 anthropiques (µg/m3) PM10 naturelles (µg/m3)

LampedusaPM10 (µg/m3) PM10 anthropiques (µg/m3) PM10 naturelles (µg/m3)

Intensite de la variabilite de la prevision:PM10 totaux: ± 50% (en fonction des echeances et des jours)Anthropiques: ± 10 µg/m3; une variabilite principalement liee au transport.Naturelles: Importante car la dynamique impacte les emissions et le transport.

Series chronologiques de concentrations de surface: PM10 naturels

Cap CorsePM10 naturels (µg/m3) Sels de mer (µg/m3) Mineraux (µg/m3)

LampedusaPM10 naturels (µg/m3) Sels de mer (µg/m3) Mineraux (µg/m3)

Les sels de mer dominent les concentrations de surfaceL’incertitude de la prevision sera due majoritairement aux sels de mer pendant l’ete 2013Les valeurs de concentrations n’atteignent jamais les valeurs seuil d’alerte de pollution.

Previsibilite des aerosols en altitude

Les aerosols mineraux18 juin 21 juin

Cap Corse

Lampedusa

Variabilite et valeurs absolues faiblesen surfaceMais grande variabilite en altitude18 juin: Panache prevu en (D+2)mais finalement non simule en (D-1)21 juin: Panache non prevu maisfinalement simule le jour meme

→ La variabilite du vent a 10m pres dessources + la variabilite de la direction duvent en altitude genere une tres fortevariabilite sur les panaches d’especes alongue duree de vie.

Previsibilite des aerosols en altitude

Les sels de mer18 juin 21 juin

Cap Corse

Lampedusa (zoom en altitude)

Variabilite la plus importante pres dela surface, la ou sont les emissionsUne variabilite en altitude (CapCorse le 18 juin) mais pour desvaleurs faibles, typiques d’untransport a longue distanceLa variabilite peut atteindre unfacteur 10 (i.e Lampedusa, 21 juin)

→ La prevision du vent de surface sur lamer peut etre tres variable et donc avoirun impact fort sur la prevision des sels demer.

Previsibilite du module du vent

18 juin 21 juinCap Corse

Lampedusa

Les previsions sont tres prochesentre (D-1) et (D+0).Les previsions deviennent tresdivergentes pour (D+1) et (D+2)La grande variabilite de prevision estplus importante en altitude(transport) qu’en surface (lesemissions)

Previsibilite du module du vent a 10m / PM10 naturels

Cap CorsePM10 naturels (µg/m3) Vent a 10m (m/s)

LampedusaPM10 naturels (µg/m3) Vent a 10m (m/s)

Synthese, conclusions et perspectives

SyntheseL’ete 2013 a ete simule en mode ’prevision experimentale’ avec WRF et CHIMERE.Chaque jour: 4 jours simules, de (D-1) a (D+2).La configuration utilisee inclut les aerosols anthropiques, biogeniques, sels de mer, feux de foret et aerosolsmineraux.

ConclusionsPeriode moderee en feux de forets et emissions de mineraux→ La contribution relative des sels de mer domine largement dans les concentrations de surface pendantl’ete 2013 et pour les stations CHARMEX etudieesLes concentrations d’aerosols sont elles tres variables selon l’echeance de prevision?Oui, la variabilite de prevision peut atteindre les 100% pour une prevision a (D+2)Les aerosols les plus abondants sont-ils les plus variables?Pas forcement. Ce sont les especes dont les sources dependent au 1er ordre de la meteorologie qui sont lesplus variables.

PerspectivesRevoir l’etude sur une autre periode, avec plus d’evenements d’aerosols de type mineraux et feux (ex.:TRAQA en 2012).Comparer a des mesures de concentrations et d’epaisseur optique pour quantifier la variabilite de laprevision par rapport aux mesures