Modélisation régionale et télédétection spatiale des propriétés d'absorption des aérosols de feux de biomasse dans la région de l'Atlantique Sud-Est PDF Download
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Author: Alexandre Siméon
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Languages : fr
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Book Description
L'absorption des aérosols est une propriété clé pour évaluer les impacts radiatifs des aérosols, tant directs que sur les propriétés des nuages, sur le climat à l'échelle régionale. Des études récentes ont montré que certains composés d'aérosols organiques (OC), appelés « carbone brun » (BrOC), émis principalement par la combustion de biomasse, peuvent absorber de manière significative le rayonnement solaire dans le spectre ultraviolet-visible-proche infrarouge. L'objectif principal de ce travail est d'améliorer la représentation des propriétés d'absorption des aérosols dans les modèles de climat régionaux. Nous nous concentrons sur les panaches de particules de feux de biomasse transportés au-dessus des nuages dans la région de l'Atlantique Sud-Est, au large de la côte ouest de l'Afrique. C'est une région présentée comme un laboratoire naturel pour mieux comprendre la complexité des interactions aérosol-nuage. La méthodologie repose sur des simulations numériques régionales d'aérosols à partir du modèle couplé météorologie-chimie WRF-Chem, combinées à un inventaire détaillé des émissions de feux de biomasse et à différents ensembles d'observations innovants de télédétection des aérosols, à la fois par ciel clair et nuageux à partir du capteur spatial POLDER-3/PARASOL. La littérature actuelle indique que le carbone brun absorbe plus efficacement le rayonnement UV-bleu que le carbone suie pur (BC). L'idée est d'exploiter cette spécificité en comparant la dépendance spectrale de l'albédo de simple diffusion issue des observations POLDER-3 dans la gamme de longueurs d'onde 443-1 020 nm avec celle simulée pour différentes proportions de BC, OC et BrOC. Ces tests de sensibilité reposent sur deux principales contraintes : le maintien d'une épaisseur optique aérosol par ciel dégagé/au-dessus des nuages et d'un rapport de masse (BC sur OC) réalistes. Des expériences de modélisation sont présentées et discutées afin de fournir de nouvelles estimations de la teneur en carbone suie, carbone organique et carbone brun dans les panaches d'aérosols de feux de biomasse africains transportés dans la région de l'Atlantique Sud-Est.
Author: Alexandre Siméon
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L'absorption des aérosols est une propriété clé pour évaluer les impacts radiatifs des aérosols, tant directs que sur les propriétés des nuages, sur le climat à l'échelle régionale. Des études récentes ont montré que certains composés d'aérosols organiques (OC), appelés « carbone brun » (BrOC), émis principalement par la combustion de biomasse, peuvent absorber de manière significative le rayonnement solaire dans le spectre ultraviolet-visible-proche infrarouge. L'objectif principal de ce travail est d'améliorer la représentation des propriétés d'absorption des aérosols dans les modèles de climat régionaux. Nous nous concentrons sur les panaches de particules de feux de biomasse transportés au-dessus des nuages dans la région de l'Atlantique Sud-Est, au large de la côte ouest de l'Afrique. C'est une région présentée comme un laboratoire naturel pour mieux comprendre la complexité des interactions aérosol-nuage. La méthodologie repose sur des simulations numériques régionales d'aérosols à partir du modèle couplé météorologie-chimie WRF-Chem, combinées à un inventaire détaillé des émissions de feux de biomasse et à différents ensembles d'observations innovants de télédétection des aérosols, à la fois par ciel clair et nuageux à partir du capteur spatial POLDER-3/PARASOL. La littérature actuelle indique que le carbone brun absorbe plus efficacement le rayonnement UV-bleu que le carbone suie pur (BC). L'idée est d'exploiter cette spécificité en comparant la dépendance spectrale de l'albédo de simple diffusion issue des observations POLDER-3 dans la gamme de longueurs d'onde 443-1 020 nm avec celle simulée pour différentes proportions de BC, OC et BrOC. Ces tests de sensibilité reposent sur deux principales contraintes : le maintien d'une épaisseur optique aérosol par ciel dégagé/au-dessus des nuages et d'un rapport de masse (BC sur OC) réalistes. Des expériences de modélisation sont présentées et discutées afin de fournir de nouvelles estimations de la teneur en carbone suie, carbone organique et carbone brun dans les panaches d'aérosols de feux de biomasse africains transportés dans la région de l'Atlantique Sud-Est.
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Languages : en
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Author: David L. Topping
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1119625718
Category : Science
Languages : en
Pages : 372
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INTRODUCTION TO AEROSOL MODELLING Introduction to Aerosol Modelling: From Theory to Code An aerosol particle is defined as a solid or liquid particle suspended in a carrier gas. Whilst we often treat scientific challenges in a siloed way, aerosol particles are of interest across many disciplines. For example, atmospheric aerosol particles are key determinants of air quality and climate change. Knowledge of aerosol physics and generation mechanisms is key to efficient fuel delivery and drug delivery to the lungs. Likewise, various manufacturing processes require optimal generation, delivery and removal of aerosol particles in a range of conditions. There is a natural tendency for the aerosol scientist to therefore work at the interface of the traditional academic subjects of physics, chemistry, biology, mathematics and computing. The impacts that aerosol particles have are linked to their evolving chemical and physical characteristics. Likewise, the chemical and physical characteristic of aerosol particles reflect their sources and subsequent processes they have been subject to. Computational models are not only essential for constructing evidence-based understanding of important aerosol processes, but also to predict change and impact. Whilst existing textbooks provide an overview of theoretical frameworks on which aerosol models are based, there is a significant gap in reference material that provide training in translating theory into code. The purpose of this book is to provide readers with exactly that. In following the content provided in this book, you will be able to reproduce models of key processes that can either be used in isolation or brought together to construct a demonstrator 0D box-model of a coupled gaseous-particulate system. You may be reading this book as an undergraduate, postgraduate, seasoned researcher in the private/public sector or as someone who wishes to better understand the pathways to aerosol model development. Wherever you position yourself, it is hoped that the tools you will learn through this book will provide you with the basis to develop your own platforms and to ensure the next generation of aerosol modellers are equipped with foundational skills to address future challenges in aerosol science.
Author: Li Huang
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Languages : en
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Author: Bertrand Bessagnet
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Languages : en
Pages : 179
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Author: Mingxuan Wu
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ISBN: 9780438313620
Category : Aerosols
Languages : en
Pages : 65
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Dry deposition is an important process affecting the lifetime and spatial distributions of atmospheric aerosols. Black carbon (BC) plays an important role in the Earth’s climate, but is subject to large bias in remote regions in model simulations. In this study, to improve the BC simulations, the scheme of Petroff and Zhang (2010) (PZ10) is implemented into the Community Atmospheric Model version 5 (CAM5), and model simulations using PZ10 are compared with the one using the default scheme of Zhang et al. (2001) (Z01) and observations. The PZ10 scheme predicts much lower dry deposition velocity (Vd) than Z01 for fine particles in Aitken, primary carbon, and accumulation modes, resulting in 73.0% lower of global mean BC dry deposition fluxes and 23.2% higher of global mean BC column burdens. CAM5 with PZ10 increases modeled BC concentrations at all altitudes and latitudes compared to Z01, which improves the agreement with observations of BC profiles in the lower troposphere in the Arctic. It also improves the simulation of surface BC concentrations in high-latitudes remote regions and its seasonality in the Arctic. The global annual mean radiative effects due to aerosol-radiation interactions (REari) and aerosol-cloud interactions (REaci) of BC from the CAM5 experiment using Z01 are 0.61±0.007 and -0.11±0.02 W m-2, respectively, compared to slightly larger REari (0.75±0.01 W m-2) and REaci (-0.14±0.02 W m-2) from CAM5 using PZ10. The results suggest that Brownian diffusion efficiency is a key factor for the predictions of Vd, which requires better representation in the global climate models.
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Languages : en
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Author: Tarek Ayash
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ISBN: 9780494393840
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Languages : en
Pages : 410
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The Canadian Aerosol Module (CAM) was developed for simulating the atmospheric cycling of aerosols, with the Third Generation Canadian Climate Center General Circulation Model (CCC GCM III) as its climatological driver. By accounting dynamically for the direct radiative interactions of the CAM-simulated aerosols in the CCC GCM III, a model framework for simulating aerosol-climate interactions is established. This is realized by developing and integrating a more-accurate radiative transfer code for solar radiation computations, and another code for computing the optical parameters of aerosols. Model simulations using the radiative transfer code, which is developed based on the delta-four-stream (DFS) method, reveal significant changes in the GCM solar flux computations compared to the original scheme that uses less-accurate two-stream parameterization methods. Monthly-zonal averages of differences in the modeled fluxes are within 2 W m-2 for clear-sky and 10 W m-2 for whole-sky fluxes, with these differences exceeding 20 and -30 W m-2, respectively. The aerosol climatology and optical properties simulated by the established model framework are validated by comparison to observational data of aerosol surface concentration, sun-photometer, satellite, and lidar measurements. Fairly good agreement is found between modeled and measured aerosol optical properties. However, the validation suggests possible shortcomings in the simulated seasonal peaks and coarse-mode fractions of soil-dust aerosols, carbonaceous aerosol emissions and atmospheric loading of organic-carbon aerosols. The established model framework is applied to study the radiative effects of the two natural aerosol species, soil dust and sea salt. Modeled direct radiative effect of soil dust ( -0.60 to -0.82 W m-2, top-of-atmosphere global-annual mean) suggests a stronger overall cooling than estimates by other models ( -0.40 to 0.36 W m-2). Globally, sea-salt's shortwave indirect effect ( -0.38 W m-2) is found to be less than its direct effect ( -0.65 W m-2), but would exceed it over the remote oceanic regions of the Southern Hemisphere. These results provide the first global model estimates of the indirect radiative effect of sea-salt aerosol. While enabling more realistic climate simulations by the GCM, the established model framework can be applied to study various challenging research problems related to the radiative and climate effects of aerosols.
Author: Laurent Menut
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1789481023
Category : Science
Languages : fr
Pages : 260
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Book Description
Si l’étude des problèmes de pollution atmosphérique est déjà ancienne, la prise de conscience de l’impact de l’humain sur la dégradation de son propre environnement est récente. Que ces impacts soient directs et rapides, ou lents et indirects, le développement d’un modèle de chimie-transport peut apporter des réponses à des questions telles que : quels sont les impacts des polluants sur la santé ? Quel est l’impact de la pollution sur le climat ? Modélisation de la pollution atmosphérique régionale reprend les différents principes de base et les étapes de la modélisation : définition, observations, outils, approches, techniques numériques sont ainsi présentés. La modélisation étant une simplification de la réalité dans un cadre d’étude particulier, on cherchera à montrer si les processus à représenter, comme les émissions, la chimie ou les dépôts, sont bien modélisés. Pour chaque processus, l’ouvrage présente les hypothèses simplificatrices qui ont été faites, étudie les voies d’amélioration possibles et examine l’impact de ces simplifications sur les résultats recherchés.
Author: Martin Menegoz
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Languages : en
Pages : 198
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Book Description
Aerosols influence the Earth radiative budget, both scattering and absorbing solar radiation and through their interactions with clouds. Before quantifying the impact of aerosols on climate, it is necessary to evaluate their concentration in the atmosphere. This is the topic of this work. In particular, three aerosols are studied : sulphate, black-carbon and desert dust. Multi-year simulations are analysed over Europe and high latitudes as a first step and at the global scale as a second step. They are compared with observations and with simulations performed by other models. Our model describe the atmospheric concentration of aerosols quite well. Mains sinks and sources are put forward for each aerosol, which allows to identify ways to better simulate their atmospheric distribution.
