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

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

Plan

I. Developpement d’un 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 d’une simulation « de référence »

2. Couplage du module et validation

3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique

Introduction :


R

MBC MOC MNH3

MSO4 MNO3 MSOA

Maxwell-GarnettTombette et. Al. (2008)

KAER =

Kr+i.ki()Mie

computation

Tau()

SSA()

G()

)(2

)(22

21121

211212

f

fK AERaer avec :

i : constantes diélectriques complexe effectives, où les indices 1 et 2 représentent respectivement l’inclusion et l’extrusion

- f1 : fraction volumique de l’inclusion

KBC () KOC () KNH3 ()

KSO4 () KNO3 () KSOA ()

Méthodologie

I. Développement d’un module de calcul des p. o. a.II.Applications à la campagne CAPITOUL

1. Méthodologie2. Construction des look up table3. Validation


Calcul des propriétés optiques Tau, SSA et G en fonction de M, R,

,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

Ki –0.001 ; –0.006 ; –0.008 ; –0.02 ; –0.1 ; –0.4 6 288

Polyn. P11 ; … ; P16 ; P21; … ; P26 ; Rcoup 13 37440

Constructions des look up tables




Validation :

Direct computationpolynomial interpolation

CAS 1: Aerosol urbainMBC=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

CAS 2: Aerosol intermediaireMBC=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

CAS 3: Aerosol secondaireMBC=1ug.m3; MOC=4ug.m3; MSu=2.5ug.m3

MNi=3ug.m3; MAm=1.2ug.m3; MSOA=2.5ug.m3

MH2O=0.35ug.m3

ext (Mm-1)

SSA

G




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?



• 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

Campagne CAPITOUL

I. Développement d’un module de calcul des p. o. a.II. Applications à la campagne CAPITOUL


• 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)

0 1 2 3 4 t(day) 0 1 2 3 4 t(day)

0 1 2 3 4 t(day)

T2m (°C) et RH (%) profils de vent meridien

O3 et NO2 concentrations (ug/m3)

N-W Wind S-E WindObs.

Mod.

Mise en place d’une simulation de référence


1. Mise en place d’une simulation « de référence »2. Couplage du module et validation3. Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique


Aerosols

1 2 3 4 t (day)

[OC]

[BC]

ug/m3

ug/m3

OC total Mod.SOA Mod.OC total Obs. filters

BC Mod.BC Obs. filtersBC Obs. Aethalometer

Bon ordre de grandeur

Reproduction de la variation

diurne

1 2 3 4 t (day)

Mise en place d’une simulation de référence




Couplage du module avec Meso-NH

SSA à 550 nm le 3/7/04 à 6h TU (ground level)

0.6

0.7

0.8

• Low SSAaerosol absorbantnoir/primaire• High SSAaerosol diffusantliquide/secondaire

SSA cohérent avec la composition

Couplage du module




Obs. AERONET

Modelling

AOD at 550 nm

Scattering coefficient (Mm-1)

Absorption coefficient (Mm-1)

MAST

Le Fauga

Bonne représentation de l’AOD

SSA correct, excepté lorsqu’on sous/sur – estime les concentrations d’aérosols.

SSA at 550 nm

0.7

0.8

0.6

Couplage du module




aer/rad (K) - ref

t (h)0 30

z (m)

0

1000

2000

3000 +0.4K

-0.4K

402010

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




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


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