Impact des émissions de NO par les sols sur la formation de

l’ozone en Afrique de l’Ouest

Claire Delon, Dominique Serça, Jean Pierre Chaboureau, Céline

Mari, Richard Dupont

Contexte et plan

• Objectifs: Evaluer l’impact des émissions de NO par les sols ainsi que l’impact des LiNOx sur la chimie troposphérique en Afrique de l’ouest (programme AMMA)

• Plan de l’exposé:– Pourquoi les NOx émis par les sols sont ils importants?– Elaboration d’une paramétrisation Flux de NO = f(paramètres

environnementaux) à partir d’un réseau de neurones.– Introduction de cette paramétrisation dans MNHC.– Impact de ces émissions sur la formation de NOx et d’ozone.– Impact de la formation de NOx par les éclairs sur l’ozone.– Première validation chimique avec les données du BAE.– Problèmes rencontrés.

Pourquoi les émissions de NOx?

• Précurseur de l’ozone troposphérique• Emissions anthropiques (trafic, usines) relativement bien

représentées, émissions biogéniques (sols) mal connues, surtout en zone tropicale.

• Emissions par les sols représentent une part non négligeable (40%) des émissions totales.

• Emissions par les sols sous estimées par les inventaires existants (inventaires figés, résolution mensuelle, ne mettant pas en évidence la variabilité “météorologique” des émissions).

• Peu de mesures en Afrique de l’ouest.• Besoin de mieux quantifier ces émissions à la surface et

en altitude (LiNOx) dans ls modèles.

Emissions de NO par les sols

• Inventaires trop imprécis, ne reflètent pas l’évolution rapide des émissions en fonction de l’humidité, température, …

• Utilisation d’un réseau de neurones pour élaborer une équation non linéaire:

Flux de NO = f(Température et WFPS en surface, Température de sol profond (20-30cm), taux de fertilisation, Pourcentage de sable, pH, vitesse du vent).

Couplage on line de cette équation dans MNHC.

Simulation MNHC

48h de simulation (5/8/06 00h à 7/8/06 00h) en Masdev465 à l’Idris.

• Résolution: 20km/20km, 100/100pts, petit domaine: 5km/5km, 180/120pts.

• 52 niveaux verticaux, surface à 28km.• Forçage météo: ECMWF toutes les 6h

Forçage chimie: profils air “propre”, schéma RACM.

• Convection paramétrée (Bechtold et al., 2004) et production de LiNOx (Mari et al., 2006)

• Paramétrisation des émissions de NO par les sols (Delon et al., 2007)

Résultats: émissions de NO

76.565.554.543.532.5

Flux de NO (gN/ha/j) à la surface 6/8/06 12h

Paramètres les plus déterminants en zone tropicale: pH, humidité du sol.

403530252015105

Humidité du sol à la surface (%)

pH

7.8

7.4

7

6.6

6.2

5.8

5.4

54.8

Résultats: impact de soilNO sur les concentrations de NOx

1000

500

200

100

50

20

10

5

1000

500

200

100

50

20

10

5

Coupe verticale de 0 à 2km, le 6/8/2006 à 12h. Comparaison des concentrations sans et avec émissions de NO par les sols.

Sans émissions de NO par le sol Avec émissions de NO par le sol

Augmentation significative (×10 à ×100) des concentrations de NOx quand les émissions sont présentes.

Résultats: impact de soilNO sur les concentrations de O3

Coupe verticale de 0 à 2km, le 6/8/2006 à 12h. Comparaison des concentrations sans et avec émissions de NO par les sols.

44424038363432302826242220

44424038363432302826242220Sans émissions de NO par le sol Avec émissions de NO par le sol

Augmentation significative (+2 à +10 ppb) des concentrations d’ozone quand les émissions de NO sont présentes.

Convection et LiNOx

Observations MeteosatSimulation

Températures de brillance au sommet des nuages le 6 aout à 15h

Résultats: impact des LiNOx sur les concentrations de NOx et d’ozone (6/8/2006 12h)

NOx (ppt)

Ozone (ppb)

Avec emissions sol+LiNOx Sans émissions sol ni LiNOx

2000

1000

500

200

100

50

20

10

5

0

2000

1000

500

200

100

50

20

10

5

0

70605040

35

30

25

20

70605040

35

30

25

20

Validation chimie

• Vol BAE-227 le 6 août 2006

A

B

Y

ZA B

1400

1200

1000

800

600

400

200

100

80

60

40

20

0

1400

1200

1000

800

600

400

200

100

80

60

40

20

0

Coupe verticale:Concentrations de NOx (ppt) sur la partie AB et YZ

Y Z

Conclusion

• L’introduction de NOx par les éclairs et par les sols améliore significativement les niveaux de concentrations de NOx et d’ozone dans la troposphère.

• Les “poches” d’émissions fortes mesurées par le BAE se retrouvent dans la simulation, mais pas forcément au bon endroit.

• La paramétrisation des émissions par les sols permet une influence immédiate de ces émissions sur la chimie.

• Les concentrations réelles ne sont pas pour autant atteintes (pas de forçage par les émissions dues aux feux).

Problèmes rencontrés

• Pas de problème technique majeur pour cette simulation en particulier.

• MAIS Masdev47 sur PC donne des résultats bizarres pour les concentrations de composés chimiques (croisillons) quand on couple les mêmes paramétrisations qu’à l’IDRIS.

• Problème scientifique: initialisation avec ECMWF: fiabilité des précipitations et de l’humidité de surface?