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

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

Simulation 2D longue durée de la chimie troposphérique

africaineM. 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


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


• Couche éponge à 20 km : dans &NAM_DYNXALZBOT = 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)


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)


Résultats - dynamiqueSéries 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


Résultats - dynamiqueCoupes 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 zonal Vent meridien

Vitesse verticale Température potentielle


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


Implémentation de la chimieContexte 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)


Schéma chimique

• Schéma de réaction réduit ReLACs (Crassier et al., 2000)

• Le solver : QSSA (Quasi-Steady-State Approximation)&NAM_CH_SOLVERn CSOLVER = "EXQSSA",

• Les émissionsFlux constants, dépendance latitudinale (océan, végétation, désert, mer)Valeurs tirées de la base de données POET/GEIAEmissions naturelles en surface (océans, végétation, sols)

• L’état initialAtmosphère chimiquement homogène en latitude et altitude, valeurs de

fond, peu d’impact de cette valeur au bout de 30 jours de simulation


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


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 1025 molec. NO/fl

= P(Price and Rind, 1997)/60

- Eclairs uniquement dans les ascendances pour cette étude 2D

(Mari et al., ACPD, 2006)


Résultats - chimie

Sans LiNOx Avec LiNOx

NOx

O3

• Transport convectif

• Transport méridien

• Avec les LiNOx :

- Apport de NOx dans la haute et moyenne troposphère

- Production d’O3 intensifiée

- Minimum d’O3 plus marqué

Coupes instantanées latitude-altitude entre -10°S et 40°N et entre 0 et 18 km


Résultats – chimie - tendances et gradientsSans LiNOx Avec LiNOx

• Convection : source d’air pauvre en O3 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


ConclusionSimulation 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


Merci !

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