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

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

R s Tau(l) SSA(l) G(l) Méthodologie KBC (l) KOC (l) KNH3 (l) I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 1. Méthodologie 2. Construction des look up table 3. Validation Méthodologie KBC (l) KOC (l) KNH3 (l) KSO4 (l) KNO3 (l) KSOA (l) R s MBC MOC MNH3 MSO4 MNO3 MSOA Maxwell-Garnett Tombette et. Al. (2008) Tau(l) SSA(l) G(l) KAER = Kr+i.ki(l) Mie computation avec : -ei : constantes diélectriques complexe effectives, où les indices 1 et 2 représentent respectivement l’inclusion et l’extrusion - f1 : fraction volumique de l’inclusion Online computation. Dou viennent les indices a chacune des lambda? 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 3

Constructions des look up tables I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 1. Méthodologie 2. Construction des look up table 3. Validation Constructions des look up tables Calcul des propriétés optiques Tau, SSA et G en fonction de M, R, s ,kr,ki et à chaque longueur d’onde.  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 d’entrée judicieusement choisis (linéarité entre)  Pour les trois paramètres Tau, SSA et G : 112320 termes. Lambda 0.217 ; 0.345 ; 0.565 ; 0.940 ; 1.785 ; 3.190 6 Kr 1.45 ; 1.5 ; 1.55 ; 1.6 ; 1.65 ; 1.7 ; 1.75 ; 1.8 8 48 Online computation. Dou viennent les indices a chacune des lambda? Ki –0.001 ; –0.006 ; –0.008 ; –0.02 ; –0.1 ; –0.4 6 288 s 1.05 ; 1.25 ; 1.45 ; 1.65 ; .. .. ; 2.45 ; 2.65 ; 2.85 10 2880 Polyn. P11 ; … ; P16 ; P21; … ; P26 ; Rcoup 13 37440 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 4

l l l CAS 1: Aerosol urbain CAS 2: Aerosol intermediaire I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL 1. Méthodologie 2. Construction des look up table 3. Validation Validation : sext (Mm-1) CAS 1: Aerosol urbain MBC=2.5ug.m3; MOC=5ug.m3; MSu=0.7ug.m3 MNi=0.2ug.m3; MAm=0.2ug.m3; MSOA=0.6ug.m3 MH2O=0.05ug.m3 SSA Direct computation polynomial interpolation G l CAS 2: Aerosol intermediaire MBC=1.5ug.m3; MOC=5ug.m3; MSu=1.2ug.m3 MNi=0.7ug.m3; MAm=0.5ug.m3; MSOA=1.2ug.m3 MH2O=0.2ug.m3 Online computation. Dou viennent les indices a chacune des lambda? l CAS 3: Aerosol secondaire MBC=1ug.m3; MOC=4ug.m3; MSu=2.5ug.m3 MNi=3ug.m3; MAm=1.2ug.m3; MSOA=2.5ug.m3 MH2O=0.35ug.m3 l 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 5

Conclusions intermédiaires : I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II.Applications à la campagne CAPITOUL Conclusions intermédiaires : - Mise en place d’un 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? 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 6

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

Mise en place d’une simulation de référence I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place d’une simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique Mise en place d’une simulation de référence 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) T2m (°C) et RH (%) profils de vent meridien Mod. N-W Wind Obs. S-E Wind 0 1 2 3 4 t(day) 0 1 2 3 4 t(day) O3 et NO2 concentrations (ug/m3) 0 1 2 3 4 t(day) 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 8

Mise en place d’une simulation de référence I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place d’une simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique Mise en place d’une simulation de référence ug/m3  Aerosols [OC] OC total Mod. SOA Mod. OC total Obs. filters 1 2 3 4 t (day) ug/m3 BC Mod. BC Obs. filters BC Obs. Aethalometer [BC] Faire la valid aer Bon ordre de grandeur Reproduction de la variation diurne 1 2 3 4 t (day) 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 9

SSA à 550 nm le 3/7/04 à 6h TU (ground level) I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place d’une simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique Couplage du module Couplage du module avec Meso-NH SSA à 550 nm le 3/7/04 à 6h TU (ground level) 0.8 Low SSA aerosol absorbant noir/primaire High SSA aerosol diffusant liquide/secondaire Online computation. Dou viennent les indices a chacune des lambda? 0.7 0.6 SSA cohérent avec la composition 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 10

Bonne représentation de l’AOD I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place d’une simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique Couplage du module Scattering coefficient (Mm-1) AOD at 550 nm Obs. AERONET Modelling Absorption coefficient (Mm-1) 0.8 SSA at 550 nm Aod + ssa + kdif+kabs 0.7 MAST Bonne représentation de l’AOD SSA correct, excepté lorsqu’on sous/sur – estime les concentrations d’aérosols. Le Fauga 0.6 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 11

Flux SW au sol diminué de ~ 40Wm-2 I. Développement d’un module de calcul des p. o. a. II. Applications à la campagne CAPITOUL 1. Mise en place d’une simulation « de référence » 2. Couplage du module et validation 3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique z (m) q aer/rad (K) - q ref 3000 +0.4K 2000 1000 -0.4K 10 20 30 40 t (h) Flux SW au sol diminué de ~ 40Wm-2 Les aerosols ont un effet refroidissant sur la BL Expansion de la BL moins haute 1 jour 12/10/2009 Réunion utilisateurs Meso-NH 12

Impacts optiques des aérosols: 40 W/m2 en moins Conclusions : La modélisation nous a permis de mieux comprendre l’influence des aérosols urbains sur les flux radiatifs. Couplage en ligne  Etude de l’influence de la composition chimique de l’aérosol sur se propriétés radiatives. Impacts optiques des aérosols: 40 W/m2 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