Impact radiatif des aérosols de haute altitude PDF Download
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Author: Aurélien Chauvigné
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Book Description
La présence des particules d'aérosols dans l'atmosphère influencent le bilan radiatif de notre planète et ainsi son équilibre climatique. Selon les différents mécanismes d'émission et processus de transports atmosphériques, les aérosols peuvent être entrainés dans la troposphère libre et ainsi y résider pendant plusieurs semaines. Les contributions optiques et radiatives des aérosols de troposphère libre par rapport à celles de la colonne atmosphérique sont encore mal évaluées du fait de la difficulté d'accès et du manque de mesures sur de longues périodes. Ces travaux de thèse se sont donc appuyés sur deux sites d'altitude présentant des topographies adéquates pour l'analyse des aérosols de troposphère libre : le site ACTRIS/GAW du puy de Dôme (PUY, 1 465 m, France) et le site ACTRIS/GAW de Chacaltaya (CHC, 5 240 m, Bolivie). Ces deux sites disposent d'un large jeu de données in-situ et de télédétection. Les résultats montrent ainsi l'importance de la prise en compte de la structure verticale de l'atmosphère et de l'effet de l'humidité sur les propriétés des aérosols dans l'analyse des mesures. Pour la première fois à notre connaissance, l'utilisation de ces techniques instrumentales depuis la station de mesures météorologiques la plus haute du monde (Chacaltaya) a permis d'établir les propriétés optiques des aérosols dans cette région largement influencée par la ville de La Paz et par les émissions de la forêt amazonienne. Les résultats montrent que l'influence des feux de forêt amazoniens à la fin de la saison sèche peut accroitre les propriétés optiques de l'aérosol à cette altitude d'un facteur de 3,5 en moyenne et celles de la troposphère libre de 28 à 80%. La station est d'ailleurs régulièrement influencée par les conditions de la troposphère libre (30% du temps en journée et 60% la nuit). Ce manuscrit présente également des méthodes originales pour la détermination des contributions optiques et radiatives des aérosols de troposphère libre avec l'utilisation conjointe des mesures in-situ, photométriques et LIDAR. Les résultats établissent ainsi des contributions optiques de la troposphère libre au-dessus du puy de Dôme variant de 20%en hiver à 80% en été en moyenne. L'utilisation du modèle de transfert radiatif SBDART permet d'évaluer les contributions radiatives correspondantes qui oscillent entre 13 et 40% pour les courtes longueurs d'onde, soit des forçages radiatifs de -1 W.m-2 à -10 W.m-2. Les différentes sources d'aérosols en surface influencent donc fortement la composition de la troposphère libre, qu'il est alors nécessaire de prendre en compte dans le bilan radiatif global de notre planète.
Author: Aurélien Chauvigné
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La présence des particules d'aérosols dans l'atmosphère influencent le bilan radiatif de notre planète et ainsi son équilibre climatique. Selon les différents mécanismes d'émission et processus de transports atmosphériques, les aérosols peuvent être entrainés dans la troposphère libre et ainsi y résider pendant plusieurs semaines. Les contributions optiques et radiatives des aérosols de troposphère libre par rapport à celles de la colonne atmosphérique sont encore mal évaluées du fait de la difficulté d'accès et du manque de mesures sur de longues périodes. Ces travaux de thèse se sont donc appuyés sur deux sites d'altitude présentant des topographies adéquates pour l'analyse des aérosols de troposphère libre : le site ACTRIS/GAW du puy de Dôme (PUY, 1 465 m, France) et le site ACTRIS/GAW de Chacaltaya (CHC, 5 240 m, Bolivie). Ces deux sites disposent d'un large jeu de données in-situ et de télédétection. Les résultats montrent ainsi l'importance de la prise en compte de la structure verticale de l'atmosphère et de l'effet de l'humidité sur les propriétés des aérosols dans l'analyse des mesures. Pour la première fois à notre connaissance, l'utilisation de ces techniques instrumentales depuis la station de mesures météorologiques la plus haute du monde (Chacaltaya) a permis d'établir les propriétés optiques des aérosols dans cette région largement influencée par la ville de La Paz et par les émissions de la forêt amazonienne. Les résultats montrent que l'influence des feux de forêt amazoniens à la fin de la saison sèche peut accroitre les propriétés optiques de l'aérosol à cette altitude d'un facteur de 3,5 en moyenne et celles de la troposphère libre de 28 à 80%. La station est d'ailleurs régulièrement influencée par les conditions de la troposphère libre (30% du temps en journée et 60% la nuit). Ce manuscrit présente également des méthodes originales pour la détermination des contributions optiques et radiatives des aérosols de troposphère libre avec l'utilisation conjointe des mesures in-situ, photométriques et LIDAR. Les résultats établissent ainsi des contributions optiques de la troposphère libre au-dessus du puy de Dôme variant de 20%en hiver à 80% en été en moyenne. L'utilisation du modèle de transfert radiatif SBDART permet d'évaluer les contributions radiatives correspondantes qui oscillent entre 13 et 40% pour les courtes longueurs d'onde, soit des forçages radiatifs de -1 W.m-2 à -10 W.m-2. Les différentes sources d'aérosols en surface influencent donc fortement la composition de la troposphère libre, qu'il est alors nécessaire de prendre en compte dans le bilan radiatif global de notre planète.
Author: FREDERIC.. PRADELLE
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CHAQUE ANNEE, PLUS DE 200 MT DE POUSSIERES MINERALES SAHARIENNES SONT EXPULSEES SUR L'ATLANTIQUE TROPICAL ORIENTAL. CES PARTICULES D'AEROSOLS, AU COURS DE LEUR TRANSPORT, VONT POUVOIR INTERAGIR AVEC LES NOMBREUX NUAGES PRESENTS AU-DESSUS DE L'OCEAN. CE TRAVAIL TENTE DE METTRE EN EVIDENCE CES INTERACTIONS ET DE QUANTIFIER L'IMPACT RADIATIF DE CES PARTICULES EN PRESENCE DE NUAGES. UNE ETUDE CLIMATOLOGIQUE A PERMIS DE DETERMINER LA POSITION RELATIVE DE LA COUVERTURE NUAGEUSE MOYENNE ET DES PANACHES DE PARTICULES MINERALES SUR L'OCEAN. EN ETE, LES PARTICULES SONT TRANSPORTEES EN ALTITUDE, AU-DESSUS DE LA COUCHE DES ALIZES OU SE FORMENT LES NUAGES. DES SIMULATIONS RADIATIVES MONTRENT QU'EN CETTE SAISON, LES PARTICULES MINERALES ABSORBENT UNE FRACTION DU RAYONNEMENT SOLAIRE (EFFET RADIATIF DIRECT) ET INDUISENT UNE DIMINUTION DE L'ALBEDO DU SYSTEME OCEAN/NUAGES/ATMOSPHERE DE L'ORDRE DE 15%, CE QUI SE TRADUIT PAR UN FORCAGE RADIATIF POSITIF SUR LA COLONNE. EN HIVER, LES NUAGES ET LES PANACHES DE PARTICULES SE SITUENT GENERALEMENT A LA MEME ALTITUDE, DANS LES BASSES COUCHES DES ALIZES. L'AEROSOL MINERAL, INITIALEMENT TRES PEU SOLUBLE, EST ALTERE AU COURS DE SON TRANSPORT ET ACQUIERE UNE FRACTION SOLUBLE QUI DEVRAIT LUI PERMETTRE D'AGIR COMME NOYAU DE CONDENSATION. DES SIMULATIONS MICROPHYSIQUES REVELENT QUE CES PARTICULES MINERALES, EN RAISON DE LEUR TAILLE IMPORTANTE, DEVRAIENT PROVOQUER UNE DIMINUTION DE L'ALBEDO DES NUAGES (EFFET RADIATIF INDIRECT). CET EFFET, RENFORCE PAR LA PRESENCE EN ALTITUDE DE PARTICULES CARBONEES EMISES PAR LES FEUX DE BROUSSE AFRICAINS, DEVRAIT CONDUIRE EN HIVER A UNE DIMINUTION DE L'ALBEDO DU SYSTEME COMPRISE ENTRE 5% ET 15%, ET ENCORE UNE FOIS A UN RECHAUFFEMENT DE LA COLONNE. ENFIN, UNE ETUDE BASEE SUR LE TRAITEMENT STATISTIQUE DE 6 ANNEES DE DONNEES METEOSAT NOUS A PERMIS DE VALIDER PARTIELLEMENT CES RESULTATS ET DE METTRE EN EVIDENCE L'IMPACT RADIATIF DES PARTICULES MINERALES SUR LE SYSTEME AU-DESSUS DE L'ATLANTIQUE TROPICAL ORIENTAL.
Author: Céline Déandreis
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Pages : 151
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Les aérosols perturbent l’équilibre radiatif de la Terre via leurs effets directs (diffusion et absorption du rayonnement solaire) et leurs effets indirects (interaction avec les nuages). Il est aujourd’hui reconnu que le rôle des aérosols anthropiques sur l’évolution du climat est significatif par rapport aux gaz à effet de serre. Malgré l’intensification des études sur ce sujet, l’estimation du forçage radiatif des aérosols anthropiques et l’estimation de leur impact sur les variables physiques sont encore très incertaines. Des causes majeures d’incertitudes proviennent de notre mauvaise connaissance des sources d’émissions des aérosols mais aussi de leurs processus de formation, de transformation et de dépôt. De plus les modèles que nous utilisons pour étudier le changement climatique ont des échelles de temps et d’espace qui ne sont pas adaptées à la représentation des processus dans lesquels les aérosols interviennent. Aux incertitudes liées à la paramétrisation des aérosols s’ajoutent celles liées à la représentation des processus physiques et dynamiques tels que transport, cycle hydrologique et bilan radiatif. Projeter le rôle des aérosols dans l’évolution du climat futur nécessite donc de réduire l’ensemble de ces sources d’incertitudes. Dans cette étude je montre l’intérêt de simuler interactivement le cycle des aérosols dans les modèles de climat afin de mieux estimer leur effet radiatif. En particulier j’estime que le couplage de LMDZ au module de chimie INCA entraîne une modification de 60% du flux net au sommet de l’atmosphère pour la période actuelle. Je montre aussi que la représentation des émissions est une source majeure d’incertitudes en ce qui concerne les projections de l’effet radiatif des aérosols pour le moyen terme. J’évalue une différence d’environ 40% sur le forçage radiatif simulé en utilisant deux inventaires d’émissions futures différents. Ces deux inventaires correspondent à une limite haute et à une limite basse en terme d’émissions d’aérosols carbonés à l’horizon 2050.
Author: Alexander V. Matus
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Languages : en
Pages : 184
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Atmospheric aerosols impact the global energy budget by scattering and absorbing solar radiation. Despite their impacts, aerosols remain a significant source of uncertainty in our ability to predict future climate. Multi-sensor observations from the A-Train satellite constellation provide valuable observational constraints necessary to reduce uncertainties in model simulations of aerosol direct effects. This study will discuss recent efforts to quantify aerosol direct effects globally and regionally using CloudSat's radiative fluxes and heating rates product. Improving upon previous techniques, this approach leverages the capability of CloudSat and CALIPSO to retrieve vertically resolved estimates of cloud and aerosol properties critical for accurately evaluating the radiative impacts of aerosols. We estimate the global annual mean aerosol direct effect to be -1.9 ± 0.6 W/m2, which is in better agreement with previously published estimates from global models than previous satellite-based estimates. Detailed comparisons against a fully coupled simulation of the Community Earth System Model, however, reveal that this agreement on the global annual mean masks large regional discrepancies between modeled and observed estimates of aerosol direct effects related to model biases in cloud cover. A low bias in stratocumulus cloud cover over the southeastern Pacific Ocean, for example, leads to an overestimate of the radiative effects of marine aerosols. Stratocumulus clouds over the southeastern Atlantic Ocean can enhance aerosol absorption by 50% allowing aerosol layers to remain self-lofted in an area of subsidence. Aerosol heating is found to peak at 0.6 ± 0.3 K/day an altitude of 4 km in September when biomass burning reaches a maximum. Finally, the contributions of observed aerosols components are evaluated to estimate the direct radiative forcing of anthropogenic aerosols. Aerosol forcing is computed using satellite-based radiative kernels that describe the sensitivity of shortwave fluxes in response to aerosol optical depth. The direct radiative forcing is estimated to be -0.21 W/m2 with the largest contributions from pollution that is partially offset by a positive forcing from smoke aerosols. The results from these analyses provide new benchmarks on the global radiative effects of aerosols and offer new insights for improving future assessments.
Author: Aurelia Lupascu
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Aerosol particles are ubiquitous in the Earth's atmosphere. Although a minor constituent of the atmosphere, the aerosol particles are linked to visibility reduction, adverse health effects and heat balance of the Earth. The secondary aerosols which are formed in the atmosphere from the gaseous phase : precursor gases become particles by nucleation and condensation (Seinfeld and Pandis, 1998) represents the largest source in a number concentration of atmospheric particles. The chemical reactions can play an important role by turning high volatility gases into species with low vapor pressure and thus high saturation ratio, i.e. creating favorable conditions for particulate matter formation. In this work the CHIMERE chemical transport model is used to ameliorate our understanding of the governing processes for aerosol formation and to investigate its capability to reproduce the mass and number concentrations and temporal evolution of the aerosols particles at high altitudes (as for example Puy de Dome research station), and in particular, evaluate its capacity to simulate the formation of new particles due to nucleation. For the studied cases it was investigated the impact of : a fine resolution topographical database on the accuracy of simulation of dynamical parameters at high altitude, of the use of different emissions databases in the accuracy of gas-phase and aerosol concentration predictions, what is the most adequate nucleation parameterization scheme for simulating new particle formation at high altitude and what is the influence of the choice of the primary particle size distribution on the prediction of new particle formation. Also the ability of the different theories to reproduce the occurrence or lack of a nucleation event is evaluated.
Author: Roy E. Prouty
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Languages : en
Pages : 180
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Although most aerosols are emitted into the atmospheric boundary layer, they can be convectively lifted above low-level clouds, or in some cases are emitted at altitudes higher than the boundary layer and are subsequently transported over low-level cloud decks. In fact, above-cloud aerosols (ACA) have been observed in several regions of the globe. ACA is an important component of the climate system because its interactions (scattering and absorption) with shortwave (SW) solar radiation (so-called direct radiative effect) could differ substantially from that of clear-sky aerosols or below cloud aerosols, particularly for absorbing particles.
Author: Sophie Peyridieu
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Languages : fr
Pages : 205
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Les aérosols, d'origine naturelle ou anthropique, jouent un rôle important dans le système climatique. Ces particules en suspension dans l'atmosphère interagissent directement avec le rayonnement et de façon indirecte avec les autres composants de l'atmosphère. Leur impact sur le bilan radiatif reste difficile à quantifier, notamment à cause de la difficulté de mesurer précisément leurs propriétés microphysiques et optiques. De plus, leur grande variabilité spatio-temporelle en fait un objet d'étude complexe. La diversité des observations spatiales rend possible une meilleure compréhension du rôle des aérosols. En télédétection passive, le sondage infrarouge reste peu utilisé par rapport aux techniques opérant dans le visible. Or, en plus de permettre la clôture du bilan radiatif, l’infrarouge permet d’obtenir des observations de jour comme de nuit, sur mer comme sur terre. L'accès à l'altitude moyenne représente un atout majeur de l'infrarouge. Cette thèse présente une méthode d'inversion des observations des sondeurs infrarouges à très haute résolution spectrale AIRS et IASI. Une climatologie de 8 ans des propriétés des poussières désertiques (épaisseur optique à 10 μm et altitude moyenne) a été établie à partir d’AIRS et validée grâce à la synergie instrumentale de l’A-Train (MODIS, CALIOP, PARASOL). La distribution spatiale et le cycle naturel des poussières désertiques dans les tropiques sont décrits de façon complète. La très haute résolution apportée par IASI a permis d'étendre la méthode à l'inversion du rayon effectif du mode grossier des poussières et d’amorcer l’étude de leur évolution au cours de leur transport dans l’atmosphère
Author: JEAN-FRANCOIS.. LEON
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Languages : fr
Pages : 167
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L'EMISSION PAR LES ACTIVITES HUMAINES DE PARTICULES ATMOSPHERIQUES (AEROSOLS) EST A L'ORIGINE D'UNE MODIFICATION SIGNIFICATIVE DU BILAN RADIATIF TERRESTRE. LES INCERTITUDES SUR L'ESTIMATION DE CET IMPACT SONT LIEES A UNE CONNAISSANCE INSUFFISANTE DE LEURS PROPRIETES OPTIQUES ET DE LEUR CONCENTRATION ATMOSPHERIQUE. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'EVALUER L'IMPACT RADIATIF DIRECT DES AEROSOLS ANTHROPIQUES. LA DETERMINATION EXPERIMENTALE DES VARIABLES PERTINENTES S'APPUIE SUR LE COUPLAGE DE MESURES IN SITU ET DE TELEDETECTION ACTIVE ET PASSIVE OBTENUES LORS DE CAMPAGNES MULTI-INSTRUMENTEES. LA PREMIERE EXPERIENCE, DANS LE CADRE DU PROJET EUROPEEN MEDUSE, EST MENEE A PARTIR DES MESURES CONJOINTES DE POLDER, METEOSAT ET D'UN PHOTOMETRE SOLAIRE SITUE EN ZONE PERIURBAINE COTIERE (THESSALONIQUE, GRECE). L'ANALYSE DE 15 MOIS DE MESURES MET EN EVIDENCE LA CONTRIBUTION DOMINANTE DES SOURCES LOCALES A L'EPAISSEUR OPTIQUE EN AEROSOLS AINSI QU'UNE CONTRIBUTION SIGNIFICATIVE (15%) DES POUSSIERES DESERTIQUES. LA SECONDE EXPERIENCE EST MENEE DANS LE CADRE DU PROJET INTERNATIONAL INDOEX SUR LES AEROSOLS TRANSPORTES DEPUIS LE CONTINENT INDIEN VERS L'OCEAN DURANT LA PERIODE SECHE DE MOUSSON D'HIVER. L'ANALYSE DES PRELEVEMENTS IN SITU, DES SONDAGES LIDAR ET DES MESURES SPATIALES (METEOSAT) ET AEROPORTEES MET EN EVIDENCE UN PHENOMENE DE POLLUTION A L'ECHELLE REGIONALE PAR DES AEROSOLS SUBMICRONIQUES ET ABSORBANTS, TRANSPORTES MAJORITAIREMENT AU-DESSUS DE LA COUCHE LIMITE MARINE. LE FORCAGE RADIATIF ADDITIONNEL DIRECT DEDUIT DES OBSERVATIONS EST D'UN FACTEUR 2.5 A 4.5 FOIS PLUS INTENSE EN SURFACE (78 WM 2 EN MOYENNE JOURNALIERE PAR UNITE D'EPAISSEUR OPTIQUE) QU'AU SOMMET DE L'ATMOSPHERE (22 WM 2) INDUISANT UN ECHAUFFEMENT RADIATIF DE L'ATMOSPHERE
Author: Jean-François Léon
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
L'emission par les activites humaines de particules atmospheriques (aerosols) est a l'origine d'une modification significative du bilan radiatif terrestre. Les incertitudes sur l'estimation de cet impact sont liees a une connaissance insuffisante de leurs proprietes optiques et de leur concentration atmospherique. L'objectif de ce travail est d'evaluer l'impact radiatif direct des aerosols anthropiques. La determination experimentale des variables pertinentes s'appuie sur le couplage de mesures in situ et de teledetection active et passive obtenues lors de campagnes multi-instrumentees. La premiere experience, dans le cadre du projet europeen meduse, est menee a partir des mesures conjointes de polder, meteosat et d'un photometre solaire situe en zone periurbaine cotiere (thessalonique, grece). L'analyse de 15 mois de mesures met en evidence la contribution dominante des sources locales a l'epaisseur optique en aerosols ainsi qu'une contribution significative (15%) des poussieres desertiques. La seconde experience est menee dans le cadre du projet international indoex sur les aerosols transportes depuis le continent indien vers l'ocean durant la periode seche de mousson d'hiver. L'analyse des prelevements in situ, des sondages lidar et des mesures spatiales (meteosat) et aeroportees met en evidence un phenomene de pollution a l'echelle regionale par des aerosols submicroniques et absorbants, transportes majoritairement au-dessus de la couche limite marine. Le forcage radiatif additionnel direct deduit des observations est d'un facteur 2.5 a 4.5 fois plus intense en surface (78 wm 2 en moyenne journaliere par unite d'epaisseur optique) qu'au sommet de l'atmosphere (22 wm 2) induisant un echauffement radiatif de l'atmosphere
Author: Vincent Ricard
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Languages : fr
Pages : 345
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Book Description
L'amplitude du forçage radiatif direct par les aérosols dépend d'un grand nombre de facteurs, incluant entre autre leur nature chimique, leurs variations de concentrations temporelles et spatiales, et leur distribution en taille. Les grandes hétérogénéités de ces différents paramètres rendent les études de modélisation de l'impact radiatif délicates. Ces difficultés sont accentuées aux hautes latitudes, avec conditions environnementales particulières et un manque de données d'observation, alors même que les changements climatiques potentiels sont renforcés dans l'Arctique par certains effets de rétroactions, incluant par exemple les changements d'albédo résultants de la fonte des glaces polaires. Dans ce cadre, le programme EAAS (European Arctic Aerosol Study) avait pour objectif l'étude des propriétés physico-chimiques et optiques des aérosols dans l'Arctique européen afin d'en évaluer le forçage radiatif à l'échelle régionale. Cette étude s'est déroulée à Sevettijärvi (69°35' N., 28°50' E., 130 m au-dessus du niveau des mers), en Laponie finlandaise, de Juillet 1997 à Juin 1999. En vue de l'évaluation du forçage radiatif, nous nous sommes ainsi intéressés à la charge des différentes composantes de l'aérosol dans la basse troposphère en prenant en compte l'aérosol carboné (carbone suie et matière organique particulaire) afin de proposer un bilan de masse le plus précis possible. Nous avons ensuite, à des périodes clés de l'année, étudié plus en détail les distributions en taille des composantes de l'aérosol selon le type de masse d'air rencontré. Certaines espèces chimiques présentes au sein de l'aérosol étant issues de précurseurs gazeux, les échanges et les équilibres entre ces deux phases ont été étudiés. Un intérêt particulier a été porté à l'influence de la vapeur d'eau sur les distributions en taille des composantes particulaires. Enfin, nous avons introduit les propriétés optiques des aérosols et les paramètres importants pour une modélisation précise du forçage radiatif à l'échelle régionale.
