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Impacts des aérosols sur la dynamique en couche limite urbaine: Application durant la campagne CAPITOUL B. Aouizerats, P. Tulet, L. Gomes, G. Pigeon, and.

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1 Impacts des aérosols sur la dynamique en couche limite urbaine: Application durant la campagne CAPITOUL B. Aouizerats, P. Tulet, L. Gomes, G. Pigeon, and V. Masson CNRM/GAME (Meteo-France, CNRS) 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 1

2 Plan I.Developpement dun module de calcul en ligne des propriétés optiques des aérosols II.Applications à la campagne CAPITOUL 1.Méthodologie 2.Construction des look up table 3.Validation 1.Mise en place dune simulation « de référence » 2.Couplage du module et validation 3.Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique Introduction : 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 2

3 R M BC M OC M NH3 M SO4 M NO3 M SOA Maxwell-Garnett Tombette et. Al. (2008) K AER = K r+ i.k i ( ) Mie computation Tau ( ) SSA ( ) G ( ) avec : i : constantes diélectriques complexe effectives, où les indices 1 et 2 représentent respectivement linclusion et lextrusion - f1 : fraction volumique de linclusion K BC ( ) K OC ( ) K NH3 ( ) K SO4 ( ) K NO3 ( ) K SOA ( ) Méthodologie I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 1. Méthodologie 2. Construction des look up table 3. Validation 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 3

4 Calcul des propriétés optiques Tau, SSA et G en fonction de M, R,,k r,k i et à chaque longueur donde. Calcul en ligne trop cher: Construction de look up tables Méthode utilisée: Interpolation polynomiale en fonction du rayon (calibration offline) avec un jeu de paramètres dentrée judicieusement choisis (linéarité entre) Pour les trois paramètres Tau, SSA et G : termes. Lambda ; ; ; ; ; K r 1.45 ; 1.5 ; 1.55 ; 1.6 ; 1.65 ; 1.7 ; 1.75 ; K i –0.001 ; –0.006 ; –0.008 ; –0.02 ; –0.1 ; – Polyn. P 11 ; … ; P 16 ; P 21 ; … ; P 26 ; R coup Constructions des look up tables I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 1. Méthodologie 2. Construction des look up table 3. Validation 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 4

5 Validation : Direct computation polynomial interpolation CAS 1: Aerosol urbain M BC =2.5ug.m 3 ; M OC =5ug.m 3; M Su =0.7ug.m 3 M Ni =0.2ug.m 3; M Am =0.2ug.m 3; M SOA =0.6ug.m 3 M H2O =0.05ug.m 3 CAS 2: Aerosol intermediaire M BC =1.5ug.m 3 ; M OC =5ug.m 3; M Su =1.2ug.m 3 M Ni =0.7ug.m 3; M Am =0.5ug.m 3; M SOA =1.2ug.m 3 M H2O =0.2ug.m 3 CAS 3: Aerosol secondaire M BC =1ug.m 3 ; M OC =4ug.m 3; M Su =2.5ug.m 3 M Ni =3ug.m 3; M Am =1.2ug.m 3; M SOA =2.5ug.m 3 M H2O =0.35ug.m 3 ext (Mm -1 ) SSA G I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 1. Méthodologie 2. Construction des look up table 3. Validation 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 5

6 Conclusions intermédiaires : - Mise en place dun module de calcul en ligne des propriétés radiatives des aérosols -Validation des approximations - Couplage avec Meso-NH - Validation avec des observations - Impacts sur la dynamique? I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 6

7 Campagne centrée sur Toulouse Ville moyennement polluée Thème principal : météorologie urbaine De Mars 2004 à Mars 2005 Objectifs expérimentaux : Étude des échanges dénergie Impact de la ville sur la dynamique Caractériser laérosol urbain Campagne CAPITOUL I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 7

8 Simulation : situation POI 03-04/07/2004 et 2 jours de spin up (ini. chimie). configuration 3 domaines imbriqués (10 km, 2.5 km, et 500m) t(day) T2m (°C) et RH (%) profils de vent meridien O3 et NO2 concentrations (ug/m3) N-W Wind S-E Wind Obs. Mod. Mise en place dune simulation de référence I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place dune simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 8

9 Aerosols t (day) [OC] [BC] ug/m 3 OC total Mod. SOA Mod. OC total Obs. filters BC Mod. BC Obs. filters BC Obs. Aethalometer Bon ordre de grandeur Reproduction de la variation diurne t (day) Mise en place dune simulation de référence I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place dune simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 9

10 Couplage du module avec Meso-NH SSA à 550 nm le 3/7/04 à 6h TU (ground level) Low SSA aerosol absorbant noir/primaire High SSA aerosol diffusant liquide/secondaire SSA cohérent avec la composition Couplage du module I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place dune simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 10

11 Obs. AERONET Modelling AOD at 550 nm Scattering coefficient (Mm -1 ) Absorption coefficient (Mm -1 ) MAST Le Fauga Bonne représentation de lAOD SSA correct, excepté lorsquon sous/sur – estime les concentrations daérosols. SSA at 550 nm Couplage du module I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place dune simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 11

12 aer/rad (K) - ref t (h) 030 z (m) K -0.4K Flux SW au sol diminué de ~ 40Wm -2 Les aerosols ont un effet refroidissant sur la BL Expansion de la BL moins haute Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique I. Développement dun module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place dune simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 12

13 Conclusions : La modélisation nous a permis de mieux comprendre linfluence des aérosols urbains sur les flux radiatifs. Couplage en ligne Etude de linfluence de la composition chimique de laérosol sur se propriétés radiatives. Impacts optiques des aérosols: 40 W/m 2 en moins refroidit la BL de ~ 0.3 K expansion de la BL moins haute de ~100m Cependant, cela reste une étude préliminaire. Difficultés à séparer les effets immédiats de la dérive du modèle 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 13


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