Academic literature on the topic 'Aérosols atmosphériques – Régions tropicales'

Les grandes éruptions volcaniques affectent le climat en injectant du dioxyde de soufre gazeux dans la stratosphère qui se transforme en aérosols sulfatés. Ces aérosols ont le pouvoir de réchauffer la stratosphère entraînant un refroidissement de la troposphère en réfléchissant le rayonnement solaire. Depuis l’éruption du Pinatubo en 1991, qui a entraîné un refroidissement global de 0,4◦C, les observations ont montré que la stratosphère a été régulièrement impactée par des éruptions volcaniques de magnitude modérée à l’échelle de l’hémisphère, mais que ces événements ont été moins bien documentés dans les tropiques. Des simulations par le modèle global WACCM-CARMA incluant les cycles chimiques et microphysiques du soufre, ont été effectuées durant nos travaux de thèse pour étudier la variabilité de la teneur en aérosols stratosphériques dans les tropiques sur la période 2013-2019. Il ressort des simulations que les événements volcaniques de la période (Kelud, Calbuco, Ambae, Raikoke et Ulawun) ont influencé de manière significative la couche d’aérosols dans les tropiques, soit par injection directe, soit par transport depuis des latitudes éloignées
Large volcanic eruptions affect the climate by injecting sulphur dioxide gas into the stratosphere which is converted to sulphate aerosols. These aerosols have the power to warm the stratosphere, cooling the troposphere by reflecting solar radiation. Since the Pinatubo eruption in 1991, which resulted in a global cooling of 0.4◦C, observations have shown that the stratosphere has been regularly impacted by volcanic eruptions of moderate magnitude on a hemispheric scale, but that these events have been less well documented in the tropics. During our research, we carried out simulations by the global model WACCM-CARMA, including chemical and microphysical cycles of Sulphur to study the variability of stratospheric aerosol content in the tropics over the period 2013-2019. The simulations show that the volcanic events of the period (Kelud, Calbuco, Ambae, Raikoke and Ulawun) have significantly influenced the aerosol layer in the tropics, either by direct injection or by transport from distant latitudes

Cette étude vise à introduire l'effet potentiel des réactions hétérogènes sur l'ozone à travers deux types d'aérosols : les aérosols carbonés, issus de la combustion, et les particules de glace dans les cirrus. Les campagnes de mesures successives dans la couche limite marine à la Réunion font apparaître une modification de la variation diurne de l'ozone ces dernières années. D'un régime typique des régions non-polluées, le site de Saint-Denis est caractérisé depuis peu par une production photochimique d'ozone pendant la journée. Le modèle OD utilisé pour représenter la couche limite marine a été validé dans le cadre de chimie propre avant d'être sollicité par les flux additionnels d'émissions primaires. Sous l'influence de ces forçages par les flux, la réaction hétérogène à la surface du carbone NO2->NO participe de manière perceptible mais mineure à la modification de la variation diurne d'ozone. Le paramètre qui dans les circonstances de simulation conditionne le calcul de l'ozone est principalement le flux de NO injecté au matin. A partir du jeu des données constitué à la Réunion, l'occurrence en zone tropicales de minima d'ozone dans les cirrus suggère l'influence des cristaux de glace sur l'ozone en haute troposphère. Sur un cas particulier détaillé, la perte en ozone dans le nuage atteint 30 % et par une analyse de l'ensemble des radiosondages effectués depuis 1992 la perte relative moyenne d'ozone s'élève à 25 %. Utilisant le modèle lagrangien de représentation de la chimie dans les cirrus, une perte d'ozone de 15 % sur deux jours et demi a pu être modélisé dans des conditions théoriques. En analysant les mécanismes qui conduisent, par la simulation, à une concentration d'ozone moindre dans le cirrus, deux processus paraissent impliqués ; d'une part la neutralisation du processus de production photochimique au cours du transport par les réactions hétérogènes et, dès l ors qu'il ne subsiste qu'une faible concentration en NO2 suite à la dénoxification, on assiste d'autre part à l'activation du chlore et à la destruction catalytique de l'ozone. L'analyse de sensibilité paramétrique a permis de dégager deux concentrations initiales qui dans les conditions de simulation influent de manière essentielle sur l'estimation de la concentration en ozone : HCl et NO2, espèce dont l'abondance est à connnaître plus précisément pour les études à venir sur les cirrus dans la troposphère tropicale.

ENSO est le mode dominant de la variabilité climatique aux échelles interannuelles. Ses impacts sont planétaires et sa compréhension ainsi que sa prévision sont des enjeux fondamentaux. ENSO résulte de la variabilité interne du système couplé océan-atmosphère dans le Pacifique tropical. Toutefois, plusieurs études suggèrent que des anomalies interannuelles de température de surface dans d’autres régions influencent les vents dans le Pacifique équatorial et le cycle ENSO. A la différence des études précédentes qui se focalisaient sur l’influence d’une région spécifique, cette thèse propose une approche objective et systématique afin d’identifier les régions susceptibles d’influencer ENSO. Une analyse statistique des observations a d’abord permis de cibler plusieurs régions évoquées dans la littérature : l’océan Indien, le Pacifique Nord et Sud et l’Atlantique tropical et Nord. L’utilisation de la modélisation numérique (modèle de circulation générale atmosphérique et modèle océanique simple) a ensuite permis de montrer que seules les anomalies de température de surface dans l’océan Indien influencent ENSO. Ces anomalies induisent des anomalies de tension de vent dans l’ouest du Pacifique équatorial en hiver, puis des fluctuations de la température de surface de la mer dans le centre du Pacifique au printemps suivant, susceptibles d’influencer l’évolution d’ENSO. La sensibilité de certains résultats de cette thèse suggère que l’identification des forçages externes d’ENSO à partir de l’analyse statistique des observations est une tâche complexe. Une approche multi-modèle de ce problème semble à l’avenir préférable
ENSO is the most energetic mode of earth’s climate at inter-annual timescales. Its global impacts make the understanding and forecasting of its evolution a primary research objective. ENSO is the result of tropical Pacific ocean-atmosphere’s system internal variability. Recent studies however suggest that inter-annual Sea Surface Temperature anomalies in other regions can influence ENSO evolution through atmospheric teleconnections to equatorial Pacific winds. In contrast with previous studies, which focussed on the effect of a specific region on ENSO, we adopt here a global and objective approach to identify regions that influence ENSO through teleconnections. The statistical analysis of observed datasets first allowed to identify possible regions that influence ENSO, that were previously discussed in literature: the tropical Indian Ocean, North and South subtropical Pacific, and tropical and North Atlantic oceans. Numerical modelling (Atmospheric General Circulation Model and simple ocean model experiments) further indicates that only surface temperature anomalies in the tropical Indian Ocean seem to induce a wind stress response over the Pacific. This wind stress response is strongest in winter over the western Pacific, and induces surface temperature anomalies in the central Pacific during the following spring, that can be amplified by the Bjerknes feedback and influence ENSO evolution. The sensitivity of some results in this work to details of the analysis method suggests that identifying external influences on ENSO through the statistical analysis of observational dataset is a difficult task. A dedicated multi-model approach of that question seems preferable

La composante en aérosols de l'atmosphère est actuellement mal estimée bien qu'elle soit reconnue comme importante dans les processus climatiques et dans les cycles biogéochimiques. Etant très variable dans le temps et dans l'espace, elle nécessite une surveillance à l'échelle globale qu'il est difficile d'obtenir à partir de mesures de surface. Par contre, le satellite est un outil très bien adapté à ce genre de problèmes à condition de pouvoir relier quantitativement le signal satellitaire au contenu en aérosols présent dans l'atmosphère. Ce travail est consacré à l'étude d'un type d'aérosols particulier, les aérosols d'origine désertique résultant de l'érosion éolienne dans les régions arides et semi-arides. Nous utilisons le satellite géostationnaire METEOSAT situé à 0° de longitude et donc particulièrement bien positionné pour ce type d'étude. Dans un premier temps, nous développons une méthode adaptée à la télédétection des aérosols au-dessus de l'océan et établissons un début de climatologie de ces événements au-dessus de l'Atlantique Nord, de 1983 à 1988. Nous calculons ensuite l'impact radiatif des poussières à partir d'un code de transfert radiatif développé au laboratoire. Nous démontrons que pour une année très riche en événements, les aérosols peuvent diminuer de 11%, en moyenne mensuelle, le flux solaire arrivant à la surface de l'océan. Au-dessus des terres, la télédétection des aérosols est beaucoup plus complexe, car la surface, très réfléchissante, contribue plus au signal satellitaire que la composante atmosphérique que nous cherchons à mesurer. Dans la dernière partie, nous étudions la faisabilité d'une méthode utilisant des fonctions de structure qui permettent de relier la dégradation de contraste à la quantité de poussières présente dans l'atmosphère

Ces travaux de recherche se sont focalisés sur la zone Océan Indien austral et ont permis d'améliorer les connaissances scientifiques sur la provenance des masses d'air polluées, sur leur distribution spatiale, sur la contribution relative des zones sources à la charge en polluant mesurée, et sur les propriétés optiques des aérosols détectés. La prépondérance de l'influence du transport des masses d'air polluées en provenance d'Afrique Australe et d'Amérique Latine à la concentration en polluant dans le sud-ouest de l'océan Indien a ainsi été démontrée en utilisant des mesures par spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier et des modèles de dispersion de panache couplés à des bases de données d'émission. Une voie de transport privilégiée reliant l'Asie du sud-est au sud-ouest de l'océan Indien dans la haute troposphère en Juillet-Août, ainsi que l'apport en CO résultant, ont été identifiés pour la première fois. La variation saisonnière de la concentration en ozone troposphérique dans le sud de l'océan Indien a également été mise en évidence, ainsi que son lien avec les émissions de précurseurs d'ozone provenant des feux de biomasse se produisant en Afrique Australe et en Amérique Latine. L'analyse des données photométriques AERONET a permis d'établir une climatologie des caractéristiques optiques des aérosols à la verticale de la Réunion, qui apparaît comme étant un site relativement propre dont la troposphère est principalement affectée par les aérosols marins tout au long de l'année, et également par les aérosols de feu pendant la saison des feux australe. De plus, des campagnes de mesure avec lidar et photomètre embarqués à bord d'un navire sillonnant l'océan Indien austral a donné accès à l'évaluation de l'extension verticale et des propriétés optiques d'un panache d'aérosols de feux provenant principalement d'Amérique Latine et d'Afrique Australe, mais aussi d'Asie du sud-est.

Ce travail de thèse porte sur la description des aérosols stratosphériques et des mécanismes de transport responsables de leur évolution dans le temps à partir des deux premières années d'observations du lidar CALIOP embarqué sur le satellite franco-américain CALIPSO, lancé en mai 2006. Après adaptation des algorithmes de restitution aux faibles signaux de diffusion Mie des aérosols stratosphériques et correction de l'étalonnage rendue nécessaire par la présence d'aérosols dans la gamme d'altitude de l'étalonnage des produits standards, il est montré qu'il est possible d'obtenir des profils moyens zonaux de rapport de diffusion avec une précision de 2%. Après application de ces corrections ainsi que d'un masque de nuages reposant sur la dépolarisation du signal lidar, l'évolution observée des aérosols entre 15 et 40 km d'altitude de juillet 2006 à septembre 2008, conduit aux conclusions suivantes : a) l'approvisionnement souvent ignoré et fréquent de la stratosphère en aérosols par des éruptions volcaniques relativement mineures, d'indice d'explosivité de 3 à 4, se traduisant par des panaches autour de 19-20 km d'altitude, soulevés lentement par la suite par la circulation de Brewer-Dobson pour parvenir un an plus tard à 25 km ; b) le découplage entre la moyenne et la basse stratosphère séparées par une région de vitesse verticale faible ou nulle vers 20 km. En accord avec les idées prévalant sur le sujet, la moyenne stratosphère tropicale apparaît comme le siège d'un soulèvement lent à une vitesse de l'ordre de 300 m/mois, confiné dans le " tropical pipe ", suivi à plus haute altitude d'un échange méridional d'intensité modulée par l'oscillation quasi-biennale. Par contre et en contradiction avec le schéma aujourd'hui accepté de soulèvement lent produit par l'échauffement radiatif de l'air depuis le niveau du sommet des enclumes convectives vers 14 km, la région en dessous de 20 km apparaît être le siège de violentes injections d'air propre, depuis la troposphère et vraisemblablement lessivé dans les nuages, particulièrement intenses à l'équateur durant la saison convective la plus active de l'été austral. Dans la mesure où la TTL, Tropical Transition Layer, est définie comme la région de la stratosphère soumise à l'influence de la troposphère, ces observations suggèrent que son sommet se situe vers 20 km. Une conséquence du mélange avec l'air propre troposphérique est le nettoyage rapide dans cette tranche d'altitude des aérosols volcaniques qui peuvent s'y trouver. Enfin une autre observation inattendue est celle de la présence chaque année de couches aérosols entre 15 et 18 km limitées à l'Afrique de l'Ouest et à l'Asie du Sud durant leur saison respective de mousson, dont il est suggéré qu'il puisse s'agir de fines poussières minérales d'origine désertique.

Les paramètres physiques qui caractérisent les poussières sahariennes en Afrique da l'ouest pendant les mois compris entre novembre et mars de chaque année ont été déterminés sur une longue période de 7 années entre de la période 1997 et 2005. Les mesures ont été effectuées au Ghana. Les concentrations et distributions en taille des particules, le transport et les (lux de dépôt des aérosols sahariennes ont été déterminées dans un intervalle clé 0,5prn à 25pm. Les valeurs moyennées sur toute la saison d'Harmattan montrent des concentrations en nombre comprises entre 24 et 63 particules cm-3 et clés concentrations en masse comprises entre 168 et 1331 pg m-3. La taille (diamètre) moyenne (sur l'ensemble des 7 années] est clé l'ordre de 1,5 /jm. Les résultats montrent des taux de dépôt de 12,7 tonnes/km'/an en 2002 (soit une épaisseur de 4,6 /m de dépôt au sol] et de 31,4 tonnes/km2/an en 3005 (soit une épaisseur de 11¤m)

Les paramètres physiques qui caractérisent les poussières sahariennes en Afrique da l'ouest pendant les mois compris entre novembre et mars de chaque année ont été déterminés sur une longue période de 7 années entre de la période 1997 et 2005. Les mesures ont été effectuées au Ghana. Les concentrations et distributions en taille des particules, le transport et les (lux de dépôt des aérosols sahariennes ont été déterminées dans un intervalle clé 0,5prn à 25pm. Les valeurs moyennées sur toute la saison d'Harmattan montrent des concentrations en nombre comprises entre 24 et 63 particules cm-3 et clés concentrations en masse comprises entre 168 et 1331 pg m-3. La taille (diamètre) moyenne (sur l'ensemble des 7 années] est clé l'ordre de 1,5 /jm. Les résultats montrent des taux de dépôt de 12,7 tonnes/km'/an en 2002 (soit une épaisseur de 4,6 /m de dépôt au sol] et de 31,4 tonnes/km2/an en 3005 (soit une épaisseur de 11µm)
AThe physical parameters that characterise the Saharan dust aerosol usually present in the environment near the Gulf of Guinea during the months of November to March, known locally as the Harmattan season, have been determined over a 7-year period, using Ghana as a reference geographical location. The dust particle size distributions are obtained and discussed. The dust flux and deposition rate are also estimated. Within the dust particle size range measured (0. 5 µm – 25 µm), the yearly average number and mass concentrations are found to vary from 24 to 63 particles per cm3 and 168 to 1331 µg m-3 respectively. The mean particle diameter is 1. 47 µm. The annual dust deposition rate varies from 12. 7 t/km2/y to 31. 4 t/km2/y, corresponding to a ground dust layer thickness of 4. 8 µm and 11. 8 µm respectively

Les travaux présentés portent sur les retombées atmosphériques en zone rurale et s' inscrivent dans le cadre du programme français de Mesure des Retombées Atmosphériques (MERA). Les polluants mesurés dans les stations du dispositif sont en rapport avec les problèmes des pluies acides et de la pollution photochimique. Deux tests statistiques pour détecter et estimer les tendances au sein de séries chronologiques ont été utilisés. La procédure est basée sur le test non paramétrique de Mann-Kendall pour déterminer la tendance et sur la méthode de Sen pour en estimer la magnitude. Ces tests ont été appliqués aux 5. 000. 000 de données MERA, annuelles, saisonnières et mensuelles sur la période 1990-2003, puis, aux émissions nationales et européennes des principaux polluants précurseurs. Prochamement des prévisions subjectives par extrapolations linéaires pourront être effectuées. L'acidité moyenne des pluies, après avoir baissée au début des années 90, augmente légèrement depuis 1996 alors que les émissions de composés acidifiants diminuent. Cette observation semble être corrélée à la diminution en cations basiques, NH4+ et aux aérosols acides. Les concentrations en composés soufrés (gaz et aérosols) ont fortement diminué depuis le début des années 90 associées aux fortes réductions d'émission. Pour l'O3, une augmentation des teneurs est observée entre 1995 et 2003, associée à une diminution des émissions de précurseurs. Plusieurs facteurs peuvent expliquer cette augmentation. Les changements des émissions de précurseurs, les échanges strato-troposphériques, le transport intercontinental, les changements climatiques, le rapport COV/NOx, les émissions des composés bio-géogéniques.

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'impact de Jets côtiers atmosphériques sur l'upwelling du Système de Courants de Humboldt. Une double approche est utilisée: la première consiste à étudier les circulations Atmosphérique et Océanique ainsi que les interactions Océan-Atmosphère à partir des observations, tandis que la seconde a pour but de modéliser ces circulations de manière réaliste à l'aide de modèles régionaux numériques (ROMS pour l'ocean et WRF pour l'atmosphere). Les résultats obtenus suggèrent qu'il existe différents Jets Atmosphériques côtiers le long de la côte Chilienne et Péruvienne. Pour certaines gammes de fréquences, ils contrôlent la variabilité des upwellings du Chili et du Pérou. Un bilan de chaleur de la couche de mélange au niveau du Chili Central permet d'identifier les principaux mécanismes qui contrôlent la réponse océanique. Nous montrons aussi, que la côte Péruvienne est sous l'influence à la fois du forçage atmosphérique local, mais aussi de la variabilité équatoriale via les ondes de Kelvin piégées à la côte Sud-Americaine. Le modèle régional atmosphérique reproduit avec réalisme les Jets Côtiers au niveau du Chili tandis qu'il peine à simuler la circulation atmosphérique au niveau du Pérou. Les simulations océaniques, elles, reproduisent la réponse océanique aux Jets Côtiers du Chili Central. Un bilan de chaleur de la couche de mélange permet d'étudier quels sont les mécanismes qui la contrôlent dans le modèle. Enfin, nous montrons que les modèles régionaux présentent une sensibilité à la résolution spatiale des modèles atmosphérique et océanique. En particulier, au niveau de la côte, le comportement des vents dans le modèle atmosphérique dépend de la résolution spatiale du modèle. . .
The objective of this thesis is to study the impact of atmospheric Coastal Jets on the upwellings of the Humboldt Currents System. A double approach is used: the first one consists in studying the Atmospheric and Oceanic Circulation as well as the Ocean/Atmosphere interactions from the observations, whereas the second aims at modeling these Circulations in a realistic way by means of numerical regional models (ROMS for the ocean modeling and WRF for the atmosphere modeling. The obtained results suggest that there are various Atmospheric Coastal Jets along the Chilean and Peruvian Coasts. For certain ranges of frequencies, they control the upwelling variability of Chile and Peru. A heat flux balance of the Ocean Mixing Layer allows to identify the main mechanisms which control the oceanic answer off Central Chile. Moreover, we show that the Peruvian coast is under the influence of the both local atmospheric forcing and remote forcing. At some frequencies, the Kelvin wave trapped to the Peruvian Coasts induce a control of the coastal ocean variability by the Equatorial variability. The atmospheric regional model reproduces with realism the Chilean Coastal Jets whereas it has difficulty in simulating the atmospheric circulation at the level of Peru. The oceanic simulations reproduce the oceanic answer to the Coastal Jets off Central Chile. A heat flux balance of the Mixing Layer allows us to study what are the main mechanisms which control the oceanic answer in the model. Finally, we show that the regional models present a sensibility to the spatial resolution of the atmospheric and oceanic models. In particular, close to the coast, the wind characteristics in the atmospheric model depends on the spatial resolution of the model. This sensibility induce that the oceanic answer depends on the forcing field spatial resolution. .