Author: Serge Nadon
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Author: Olivier Boucher
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Pages : 223

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LA QUESTION DE L'INFLUENCE DES AEROSOLS SUR LE CLIMAT EST DEVENUE PRIMORDIALE POUR LA COMPREHENSION DU SYSTEME CLIMATIQUE. LES AEROSOLS SONT EN EFFET SUSCEPTIBLES D'AVOIR CONTREBALANCE, TOUT DU MOINS EN PARTIE, L'EFFET DE SERRE ADDITIONNEL DES GAZ TRACES D'ORIGINE ANTHROPIQUE DEPUIS LE DEBUT DE L'ERE INDUSTRIELLE. ILS INFLUENCENT LE CLIMAT PAR LEUR EFFET SUR LE RAYONNEMENT ATMOSPHERIQUE. CET EFFET PEUT ETRE DIRECT PAR DIFFUSION ET ABSORPTION DU RAYONNEMENT SOLAIRE ET TELLURIQUE, OU INDIRECT PAR L'INTERMEDIAIRE DES NUAGES DONT ILS MODIFIENT LES PROPRIETES MICROPHYSIQUES ET OPTIQUES. CETTE THESE ABORDE LE PROBLEME DES AEROSOLS A L'ECHELLE GLOBALE, AVEC POUR OBJET DE QUANTIFIER LES FORCAGES RADIATIFS DIRECT ET INDIRECT DES AEROSOLS. LE PREMIER CHAPITRE EST CONSTITUE D'UNE BREVE INTRODUCTION ET DE RAPPELS THEORIQUES SUR LES AEROSOLS, LEUR ACTIVATION DANS LES NUAGES ET LEURS PROPRIETES OPTIQUES. LE SECOND CHAPITRE PRESENTE BRIEVEMENT LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DU MODELE DE CIRCULATION GENERALE UTILISE PAR LA SUITE, ET EN PARTICULIER LES PARAMETRISATIONS DE LA CONDENSATION, DE LA PRECIPITATION ET DU TRANSFERT RADIATIF. LE TROISIEME CHAPITRE ABORDE LA PROBLEMATIQUE DES EFFETS CLIMATIQUES DES AEROSOLS ET PRESENTE LES TRAVAUX DEJA EFFECTUES SUR LE SUJET. EN PARTICULIER, UNE PRESENTATION DES MODELES DE CHIMIE-TRANSPORT UTILISES DANS CETTE ETUDE EST REALISEE. SEULS SONT D'AILLEURS PRIS EN COMPTE ICI LES AEROSOLS SOUFRES. L'EFFET DIRECT EST ABORDE AU TRAVERS D'UNE ETUDE DE SENSIBILITE A LA TAILLE DES AEROSOLS ET A LA COMPOSITION CHIMIQUE DES AEROSOLS SOUFRES. CONTRAIREMENT A UNE IDEE REPANDUE, LA TAILLE DES AEROSOLS, POURVU QUE CEUX-CI RESTENT DANS LE MODE D'ACCUMULATION, ET LA COMPOSITION CHIMIQUE DES AEROSOLS, POUR LE SYSTEME NH#4/SO#4/H#2O, JOUENT UN ROLE LIMITE DANS LA DETERMINATION DU FORCAGE RADIATIF. DES CALCULS RADIATIFS, EFFECTUES SUR UNE COLONNE ISOLEE AVEC DES MODELES DE COMPLEXITE CROISSANTE, NOUS PERMETTENT DE DRESSER UNE LISTE DES FACTEURS EXTERNES QUI MODULENT FORTEMENT L'EFFET DIRECT DES AEROSOLS, COMME L'ANGLE ZENITHAL DU RAYONNEMENT SOLAIRE INCIDENT, LA NEBULOSITE, OU L'ALBEDO DE SURFACE. LES CORRELATIONS ENTRE CES PARAMETRES SONT UNE SOURCE POTENTIELLE IMPORTANTE D'INCERTITUDES DANS LE CALCUL DE L'EFFET DIRECT. DANS LE CINQUIEME CHAPITRE, NOUS UTILISONS DEUX APPROCHES FORT DIFFERENTES POUR ESTIMER L'EFFET INDIRECT. LA PREMIERE REPOSE SUR UNE RELATION EMPIRIQUE ENTRE LA CONCENTRATION MASSIQUE EN SULFATES ET LA CONCENTRATION DU NUAGE EN GOUTTELETTES. LA SECONDE EXPLOITE LE CONTRASTE HEMISPHERIQUE DE TAILLE DE GOUTTELETTES OBSERVE PAR SATELLITE. CES DEUX ESTIMATIONS CONDUISENT, DE MANIERE QUELQUE PEU FORTUITE, A DES FORCAGES RADIATIFS SIMILAIRES. TOUTEFOIS, CES DEUX APPROCHES RESTENT DES ETUDES DE SENSIBILITE ; UNE QUANTIFICATION DES INCERTITUDES, LORSQUE CELA EST POSSIBLE, NOUS APPELLE EN EFFET A BEAUCOUP DE PRUDENCE. LA DERNIERE PARTIE PRESENTE UNE PARAMETRISATION PLUS COMPLETE, MAIS PRELIMINAIRE, DE LA MICROPHYSIQUE DES NUAGES D'EAU LIQUIDE ET CONSTITUE UN PREMIER PAS VERS UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DES EFFETS INDIRECTS DES AEROSOLS DANS UN MODELE DE CIRCULATION GENERALE

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La brume arctique est caractérisée par des concentrations élevées en acide sulfurique et provient du transport à grande échelle des polluants depuis les latitudes moyennes durant l'hiver et le printemps. Des observations révèlent une diminution de un à quatre ordres de grandeur de la concentration en noyaux de glaciation (NG) lors de ces épisodes de pollution. L'acide sulfurique a ainsi le potentiel de modifier la nucléation hétérogène de la glace dans l'atmosphère en diminuant la concentration de NG. Aussi les cristaux de glace sont moins nombreux mais plus gros. Cela favorise une précipitation accrue et augmente le flux d'eau vers la surface. Cette déshydratation de la basse troposphère, produit aussi un refroidissement de la masse d'air par une diminution de l'effet de serre. Selon Girard et al. (2005), cet effet radiatif indirect des aérosols (effet de la RDES) représente un forçage radiatif de -9 W/m2 en hiver dans le Nord canadien. Bien que située plus au sud que l'Arctique canadien, la baie d'Hudson est une région qui s'apparente à l'Arctique durant l'hiver. Elle est notamment envahie par la brume arctique dans sa partie nord du fait des vents dominants provenant de l'Arctique. L'objectif du projet est de déterminer l'applicabilité probable de l'effet de la RDES dans le secteur de la baie d'Hudson. Pour ce faire, nous avons effectué un test de sensibilité avec le simulateur numérique NARCM 3D. Ce dernier permet de simuler l'impact de la pollution atmosphérique sur le climat régional des moyennes et hautes latitudes. Il inclut les émissions des aérosols et/ou de leurs gaz précurseurs, les transformations physico-chimiques, la nucléation, la condensation et la coagulation, les interactions des aérosols avec les nuages et la radiation, de même que les processus de dépôt. Deux ensembles de simulations ont été réalisés, soit une première avec une concentration naturelle d'aérosols et une seconde avec une concentration acide. Le scénario acide produit un forçage ra.

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Le processus de la rétroaction déshydratation-effet de serre (RDES) est une hypothèse pour tenter d'expliquer la tendance au refroidissement observé durant l'hiver arctique. Un forçage radiatif indirect des aérosols, tel que l'acide sulfurique sur les aérosols, aurait pour effet d'entraver les processus de nucléation des cristaux, pour ainsi diminuer la concentration de noyaux glaçogènes (IN) (Blanchet et Girard, 1994) Tel que durant la transformation des masses d'air continentales en masses d'air polaires par refroidissement radiatif, le développement de cristaux de plus grande taille est favorisé. Le taux de précipitation est ainsi augmenté et la masse d'air se déshydrate plus rapidement (Girard, 1998). Par conséquent, la basse atmosphère arctique est déshydratée et refroidie par réduction de l'effet de serre. Cette étude consiste à effectuer une étude de sensibilité du climat arctique à l'effet RDES selon: 1) deux types de circulations atmosphériques (OAN+ et OAN- ), 2) une faible acidification des aérosols se traduisant par un faible facteur de réduction (0,08) de la concentration de noyaux de glaciation (IN) (Borys el al., 1989), 3) une grande plage de température puisque l'on simule le mois de février et mars (nouveauté). Le modèle NARCM 3D est utilisé pour effectuer les simulations puisqu'il contient le module CAM, qui simule les processus physiques, les émissions et le transport des aérosols (Gong el al., 2003). Les résultats obtenus montrent que l'hypothèse de la RDES n'est pas vérifiée pour les 4 mois simulés (février et mars 1985 et 1995). Les facteurs composant la suite logique menant à l'effet de refroidissement associé au processus de la RDES ne sont pas réunis dans les zones où l'anomalie de température est négative. Deux facteurs sont défavorables aux processus de la RDES, soit une circulation atmosphérique davantage latitudinale pour les deux types de circulation, créant un faible apport d'aérosols en Arctique central, et soit un petit facteur de réd.

Author: Sarah Guibert
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Pages : 157

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Le travail de recherche effectué durant cette thèse s'intéresse à l'effet indirect des aérosols sur le climat. Certains aérosols, les noyaux de condensation nuageux, donnent naissance aux gouttelettes de nuage. En modifiant la nature chimique et la distribution des aérosols, on peut modifier la concentration des gouttelettes et, par conséquent, les propriétés radiatives des nuages et leur efficacité à produire des précipitations. Cet effet est particulièrement sensible dans les strato-cumulus marins. Pour modéliser cet effet dans un modèle de grande échelle, il est nécessaire de paramétrer l'interaction entre aérosols et concentration de gouttelettes nuageuses, la croissance des gouttelettes dans les nuages de couche limite et enfin l'interaction entre la microphysique et les propriétés radiatives des nuages. Cette étude porte sur la première étape : interaction aérosol/nuage. Tout d'abord, les mesures des propriétés physiques et chimiques des aérosols réalisées durant la campagne ACE-2 ont été analysées, dans le but de valider les mesures effectuées...

Author: NIKOLAOS.. HATZIANASTASSIOU
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Pages : 170

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LES INTERACTIONS ENTRE LES PARTICULES D'AEROSOLS, LES NUAGES ET LE RAYONNEMENT SOLAIRE CONSTITUENT UN SYSTEME TRES COMPLEXE. CES INTERACTIONS SONT ASSEZ MAL CONNUES ET ELLES SONT PARAMETRISEES DANS LES MODELES CLIMATIQUES ACTUELS, DE FACON IMPARFAITE. DANS CES MODELES, ON CONSIDERE QUE LES AEROSOLS NE SE MODIFIENT PAS. CEPENDANT, EN SE SERVANT DES NOYAUX DE CONDENSATION (CCN), LES PARTICULES D'AEROSOLS PARTICIPENT A PLUSIEURS CYCLES NUAGEUX AVANT D'ETRE LESSIVEES ET DEPOSEES A LA SURFACE TERRESTRE. A CAUSE DE DIVERS PROCESSUS QUI ONT LIEU PENDANT UN CYCLE NUAGEUX LES PARTICULES D'AEROSOLS SUBISSENT DES MODIFICATIONS PAR LES NUAGES. AINSI, A LA FOIS LEURS EFFETS DIRECT ET INDIRECT PEUVENT ETRE MODIFIES EGALEMENT. L'OBJET DE CETTE ETUDE EST L'INFLUENCE DE LA SUCCESSION DES CYCLES NUAGEUX SUR L'EFFET INDIRECT DES PARTICULES D'AEROSOLS. UN MODELE MICROPHYSIQUE SPECTRAL (DESCAM) A SERVI POUR L'ETUDE DE L'INFLUENCE D'UN SPECTRE DE PARTICULES D'AEROSOLS SUR LES PROPRIETES MICROPHYSIQUES D'UN NUAGE AINSI QUE LA REDISTRIBUTION DE CE SPECTRE APRES L'EVAPORATION DU NUAGE. EN UTILISANT UN CODE DE CALCULS DE MIE ET UN MODELE DE TRANSFERT RADIATIF, LES PROPRIETES OPTIQUES ET RADIATIVES ONT ETE ESTIMEES POUR DIFFERENTS TYPES DE NUAGES. L'IMPACT DE LA MICROPHYSIQUE SUR LES PROPRIETES RADIATIVES ET OPTIQUE DE NUAGES A ETE ETUDIEE EN CALCULANT L'EVOLUTION TEMPORELLE DE CES PROPRIETES EN LIAISON AVEC L'EVOLUTION DES PROPRIETES MICROPHYSIQUES NUAGEUSES. LES COMPARAISONS ENTRE LES RESULTATS DU MODELE ET LES OBSERVATIONS LORS DE LA CAMPAGNE EXPERIMENTALE NARE 1993 ONT MONTRE UN BON ACCORD. QUELQUES SCHEMAS DE PARAMETRISATIONS DES PROPRIETES RADIATIVES DE NUAGES COMPARES AVEC LES RESULTATS DU MODELE DETAILLE ONT MONTRE DES DEVIATIONS IMPORTANTES. LES RESULTATS SONT PRESENTES POUR UN SEUL ET POUR PLUSIEURS CYCLES NUAGEUX AINSI QUE POUR DIFFERENTS CAS DE POLLUTION ATMOSPHERIQUE. DE PLUS, UNE ETUDE PRELIMINAIRE SUR L'INFLUENCE DES CYCLES NUAGEUX CONSECUTIFS SUR L'EFFET DIRECT DES PARTICULES D'AEROSOLS EST DONNEE.

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Une incertitude majeure dans la prévision numérique du climat provient des difficultés de représenter convenablement les nuages en phase mixte qui jouent un rôle important dans le processus de formation des précipitations (Wallace et Hobbs, 1977). De nombreuses études ont montré qu'il est nécessaire pour une représentation adéquate des effets indirects des aérosols et des processus microphysiques au sein des nuages, d'utiliser un schéma complet de la microphysique qui inclut d'une manière détaillée la phase glace (Senior et Mitchell, 1993; Lohmann et Feitcher, 1997). Blanchet et Girard (1995) ont montré que la modification des propriétés des nuages par les aérosols pourrait produire un forçage radiatif négatif de 9W/m2 dans l'infrarouge en considérant dans leur étude l'impact que pourrait avoir les aérosols de nature anthropique sur la microphysique des nuages mixtes et glacés en Arctique. L'interaction des aérosols avec les nuages de phase mixte et glacée est peu étudiée et donc moins connue. La compréhension de ces nuages dépend du mode d'action des noyaux glaçogènes qui est très complexe (Cooper, 1980), des caractéristiques physiques et chimiques des substances qui peuvent recouvrir ces noyaux. De plus, les techniques de mesures existantes ne permettent pas de bien caractériser ce type de nuage (Bigg, 1990; Vali, 1991; Rogers, 1993; Pruppacher et Klett, 1997). Dans ce travail de recherche, nous avons testé et évalué un nouveau paramétrage de la nucléation hétérogène de la glace élaboré par Khvorostyanov et Curry (2000) avec le modèle local du climat (LCM11) et comparé au paramétrage existant de Meyers et al. (1992) et à ce qui a été observé pendant la campagne de mesure SHEBA (Surface Heat Budget of Arctic). Le modèle local du climat (LCM11) est doté d'un schéma de nuages glacés qui simule les interactions entre les aérosols et les nuages, la formation de cristaux de glace et les précipitations. Le nouveau paramétrage de la nucléation hétérogène de la glace est f.

Author: Marilyne Tombette
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Les aérosols constituent un enjeu important pour l'étude de l'atmosphère. En effet, ils ont des conséquences sanitaires néfastes, modifient la visibilité et ont sur le bilan radiatif des effets directs (absorption/réfraction de la lumière), semi-directs (modification du profil vertical de température) et indirects (impact sur la formation des nuages en tant que noyaux de condensation). Leur modélisation est particulièrement complexe, aussi bien physiquement que numériquement. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les performances et les limitations des systèmes de modélisation des aérosols aux échelles régionales et continentales. Quelle est la robustesse des modèles et des évaluations des performances des modèles par comparaison avec des données mesurées ? Quel peut être l'apport des systèmes d'assimilation de données ? Une première partie porte sur l'évaluation d'un modèle d'aérosols résolu en taille au sein de la plateforme Polyphemus sur des cas régionaux (Europe et Île-de-France) pour plusieurs bases de données. Les indicateurs sont les masses totales (comme les PM10, particules de diamètre inférieur à 10 μm), la composition chimique et la granulométrie. Les sorties du modèle ont été adaptées afin de pouvoir être comparées à des données optiques (épaisseur optique, coefficient d'extinction) issues de photomètres ou de lidars. Une deuxième partie du travail de thèse a consisté à étudier la sensibilité du modèle à différentes para métrisations physiques et méthodes numériques. Sur cette base, les méthodes de prévision d'ensemble pour les aérosols donnent des résultats préliminaires encourageants. Une dernière partie étudie l'apport éventuel d'un système d'assimilation de données. La méthode d'interpolation optimale a ainsi été utilisée afin d'assimiler des données de PM10 au sol. L'impact de l'assimilation sur les résultats en prévision a été évalué.

Author: marc Mallet
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Pages : 144

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Il est maintenant clairement reconnu que les aérosols anthropiques modifient le climat terrestre sous la forme de trois effets différents. Tout d'abord, certains aérosols hydrophiles sont susceptibles de faire condenser de la vapeur d'eau à leur surface, entraînant une modification des propriétés nuageuses, c'est l'effet indirect. Lors de ciels clairs, les aérosols sont aussi susceptibles de diffuser et/ou d'absorber le rayonnement solaire ou tellurique, on parle alors de l'effet direct. Rétroactivement, cette absorption de l'énergie solaire peut conduire à un échauffement de certaines couches atmosphériques, ce dernier effet est l'effet semi-direct. Le principal objectif de ce travail de thèse a été d'estimer le forçage radiatif direct exercé par les différentes particules anthropiques en zone peri urbaine, lors de phénomènes de pollutions intenses, durant la campagne ESCOMPTE, avec un intérêt particulier portant sur le forçage en surface. Pour cela, nous avons développé une méthodologie s'appuyant sur des mesures in situ, satellitales et photométriques, permettant dans un premier temps de caractériser les propriétés optiques des principales espèces anthropiques (BC, POM, AS, N) de l'aérosol, puis d'estimer l'impact radiatif direct à l'échelle locale. Les principaux résultats montrent tout d'abord que 90 % de l'extinction du rayonnement solaire est due à l'aérosol anthropique. Le sulfate d'ammonium (AS) contribue pour 45 % à l'extinction, le carbone suie pour 20 % et la matière organique particulaire (POM) pour 20 % également. L'albédo de simple diffusion de la couche limite, prenant en compte les différentes espèces, a une valeur de 0.85 indiquant une forte absorption du rayonnement solaire. Le facteur d'asymétrie est égal à 0.59. Les comparaisons avec les inversions AERONET indiquent des résultats cohérents (0.86 /0.64). Cette couche d'aérosol anthropique diminue le flux net reçu à la surface terrestre (- 32 Wm 2) par réflexion du rayonnement solaire (-7 Wm-2) mais surtout en grande partie par absorption du rayonnement solaire (25 Wm-2). L'énergie disponible dans les basses couches atmosphériques augmente sa température radiative (1.68 Kjour l). Notre étude montre que le (BC) contribue fortement à la diminution de l'énergie solaire atteignant la surface (50 % du forçage), alors que le sulfate d'ammonium n'y contribue que pour 10%. Les propriétés optiques et le forçage radiatif direct local ont finalement été étudiés dans le cas d'un mélange interne. Alors que le facteur d'asymétrie reste relativement constant, l'albédo de simple diffusion est au contraire très sensible; il peut diminuer de 15 %, augmentant ainsi l'absorption du rayonnement. Comparé au mélange externe, l'énergie solaire atteignant la surface est réduite de 25 % (-42 Wm"2 ). Ceci est dû en grande partie à l'augmentation de l'énergie absorbée (38 Wm"2) dans la couche atmosphérique

Author: Olivier Boucher
Publisher: Springer
ISBN: 9782817800561
Category : Science
Languages : fr
Pages : 248

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Cet ouvrage couvre de manière exhaustive le rôle des aérosols dans le changement climatique. Il aborde des sujets particulièrement actuels de la recherche scientifique - désulfurisation, carbone-suie, géo-ingénierie, en soulignant le lien avec des problématiques connexes : politique de qualité de l’air et de développement durable, développement de l’instrumentation pour la qualité de l’air et le changement climatique, problèmes économiques, etc.