Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Simulation 2D longue durée de la chimie troposphérique africaine M. Saunois (1), C. Mari.

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1 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Simulation 2D longue durée de la chimie troposphérique africaine M. Saunois (1), C. Mari (1), V. Thouret (1), J-P Cammas (1), P. Peyrillé (2), J-P Lafore (2), B. Sauvage (1), A. Volz-Thomas (3), P. Nédélec (1) et J-P Pinty (1) (1)Laboratoire d’Aérologie, OMP,Toulouse, France (2)CNRM, Toulouse, France (3)Institut für Chemie und Dynamik der Geosphäre II: Troposphäre, Forschungzentrum Jülich, Jülich, Allemagne

2 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Configuration BIBMASTER=masdev4_4_vs.a BIBBUGFIX=bug2c.a Représentation d’une circulation moyenne entre 10°O et 10°E sur l’Afrique de l’Ouest Configuration 2D : conditions aux limites &NAM_LBCn CLBCX(1)="WALL", ! Pas d’interactions CLBCX(2)="WALL", ! Avec les moyennes CLBCY(1)="CYCL", ! latitudes CLBCY(2)="CYCL",... Domaine : 30°S-40°N Résolution : 70 km x y

3 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Couche éponge à 20 km : dans &NAM_DYN XALZBOT = 20000., 55 niveaux verticaux (dont couche éponge) 120 points de grille en latitude Continent plat entre 5°N et 30°N Durée de simulation : 30 jours &NAM_DYN XSEGLEN = 2592000., ! 30 jours... Simulation en jour perpétuel Etat initial : atmosphère au repos et quasi-sèche (10% RH)

4 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Paramétrisations et sets de données Schéma de turbulence 1D (Cuxart et al., 2000) Schéma microphysique (Pinty and Jabouille1998 ; Caniaux et al. 1994) Schéma de convection (Bechtold et al., 2001) Transport et lessivage des espèces solubles (Mari et al., 2000) Schéma de surface ISBA (Mahfouf et Noilhan, 1996) Paramétrisation des flux au dessus de l’océan pour les vents tropicaux (Mondon and Redelsperger, 1998) Profils de température du Golfe de Guinée et de la mer Méditerranée issus de la climatologie de Reynolds 1982-2003 (Reynolds and Smith, 1995)

5 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Résultats - dynamique Séries temporelles entre -10°S et 40°N 0-15 et 15-30 jours pour θe 15-30 jours Vent méridien et zonal 15-30 jours précipitation et θ (Peyrillé et al, 2007) 10-15 jours nécessaires pour atteindre un régime de mousson Cycle diurne (voir θe et θ) ; dérive vers le nord de la mousson

6 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Résultats - dynamique Coupes latitude-altitude entre -10°S et 40°N et entre 0 et 18 km, moyenne sur les 15 derniers jours (Peyrillé et al., 2007) Vent zonalVent meridien Vitesse verticaleTempérature potentielle

7 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Le travail de P. Peyrillé avec ce modèle Article 1: An idealized two-dimensional framework to study the West African monsoon, Part I: validation and key controlling factors, accepted for publication in J. of Atm. Science, 2007 Article 2: An idealized two-dimensional framework to study the West African monsoon, Part II: role of large scale forcing and characterization of the diurnal cycle, accepted for publication in J. of Atm. Science, 2007

8 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Implémentation de la chimie Contexte de l’étude : analyse des données des vols des avions MOZAIC au dessus de l’Afrique de l’Ouest  Profils méridiens d’ozone, de vapeur d’eau et de vent entre 9-12 km d’altitude  Gradient méridien d’O3  Etude du profil d’ozone dans un cadre 2D pour mettre en avant le rôle des cellules de Hadley (convection et transport méridien)  Utilisation du modèle 2D précédent avec de la chimie !! Ozone (ppbv) RH (%) V(m/s)

9 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Schéma chimique Schéma de réaction réduit ReLACs (Crassier et al., 2000) Le solver : QSSA (Quasi-Steady-State Approximation) &NAM_CH_SOLVERn CSOLVER = "EXQSSA", Les émissions Flux constants, dépendance latitudinale (océan, végétation, désert, mer) Valeurs tirées de la base de données POET/GEIA Emissions naturelles en surface (océans, végétation, sols) L’état initial Atmosphère chimiquement homogène en latitude et altitude, valeurs de fond, peu d’impact de cette valeur au bout de 30 jours de simulation

10 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 La paramétrisation des éclairs Importance des éclairs associés à la forte convection de la ZCIT : Source d’oxydes d’azote en altitude à prendre en compte (fréquence importante des éclairs dans les tropiques, durée de vie des NOx (=NO+ NO2) plus grande en altitude,impact potentiellement important sur le bilan de l’ozone)  Implémentation d’une paramétrisation des éclairs pour prendre en compte cette source supplémentaire d’oxydes d’azote

11 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Paramétrisation des LiNOx dans le modèle 2D - Fréquence des éclairs (Price and Rind, 1992) liée à la hauteur de la cellule convective - Taux d'éclairs IC/CG (Price and Rind, 1993) lié à l'épaisseur des niveaux glacés - Production : P(IC)=P(CG)/10 (Price and Rind, 1997) ici : P(CG)= 1.1 10 25 molec. NO/fl = P(Price and Rind, 1997)/60 - Eclairs uniquement dans les ascendances pour cette étude 2D (Mari et al., ACPD, 2006)

12 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Résultats - chimie Sans LiNOxAvec LiNOx NO x O 3 Transport convectif Transport méridien Avec les LiNOx : - Apport de NOx dans la haute et moyenne troposphère - Production d’O 3 intensifiée - Minimum d’O 3 plus marqué Coupes instantanées latitude-altitude entre -10°S et 40°N et entre 0 et 18 km

13 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Résultats – chimie - tendances et gradients Sans LiNOxAvec LiNOx Convection : source d’air pauvre en O 3 dans l’UT Tendance chimique : max où NOx max Production chimique d’ozone ↑ avec LiNOx ITCZ : convection compense forte production chimique => minimum de part et d’autre : faible convection, forte production chimique => gradients nord et sud Gradients plus fort avec LiNOx

14 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Conclusion Simulation 2D sur 30 jours Implémentation chimie + paramétrisation des LiNOx Transport des espèces depuis la surface Reproduction du gradient observé Importance du rôle des LiNOx Cadre 2D : étude transport par les cellules de Hadley Article soumis au JGR

15 Réunion des utilisateurs de Méso-NH, Toulouse, 23-24 avril 2007 Merci !