Amélioration de la représentation des aérosols dans un modèle de chimie-transport : Modélisation et assimilation de données
Sic, Bojan
Improvement of aerosol representation in a chemical-transport model: Modelling and data assimilation
L'amélioration de la représentation des aérosols dans un modèle de chimie-transport (en anglais, Chemical-Transport Model, CTM) permet une meilleure compréhension des propriétés des aérosols et leurs nombreux effets ainsi que leur prévision. Sur cette base, l'objectif général de cette thèse est d'améliorer la représentation des aérosols dans le CTM MOCAGE. Pour remplir les objectifs de la thèse, dans un premier temps, nous avons modifié directement la représentation des aérosols dans le CTM MOCAGE en réexaminant et améliorant les différents processus déjà présents via la prise en compte de schémas et de paramétrisations plus détaillés. Les processus ayant subi les améliorations les plus importantes sont les émissions des aérosols du type sel marin, poussière désertique et cendre volcanique, le dépôt humide et la sédimentation. Nous avons évalué les impacts de ces changements et comparé les champs modélisés avec des observations. Les modifications implémentées ont permis d'améliorer significativement l'accord entre modèle et observations et celui du modèle avec les données de la comparaison inter-modèle AeroCom.
Comme approche complémentaire pour répondre à l'objectif de cette thèse, nous avons également implémenté dans le CTM MOCAGE l'assimilation de données des aérosols. Le système d'assimilation de données est capable d'assimiler les observations de l'épaisseur optique des aérosols (en anglais, Aerosol Optical Depth, AOD), ainsi que les différentes grandeurs obtenues par les mesures lidar. Nous avons réalisé une validation rigoureuse du système d'assimilation de l'AOD en assimilant les données de l'instrument MODIS pour les périodes correspondant aux campagnes de mesure des projets TRAQA (TRAnsport à longue distance et Qualité de l'Air dans le bassin méditerranéen) et ChArMEx (CHemistry and AeRosol MEditerranean EXperiment) durant l'été 2012 et 2013, respectivement, et en comparant les champs directement modélisés et assimilés avec les observations. Lorsque l'on compare ces résultats avec des observations indépendantes d'AOD, les champs assimilés ont des indicateurs statistiques meilleurs que ceux du modèle direct. Les mesures in-situ de TRAQA et ChArMEx ont également été utilisées pour évaluer l'impact de l'assimilation des AOD sur d'autres paramètres des aérosols modélisés. Les résultats ont montré que l'assimilation des AOD était un outil particulièrement efficace pour améliorer les performances du modèle en terme d'AOD, mais également pour les autres paramètres des aérosols tel que la concentration.<br>Les observations lidar fournissent des informations importantes sur la répartition des aérosols sur la verticale. Nous avons implémenté un système d'assimilation des profils lidar mesurés pour des lidars à rétrodiffusion élastique. Le système est capable d'assimiler le signal de rétrodiffusion et les grandeurs inversées: les coefficients de rétrodiffusion et d'extinction. Les premiers tests effectués à partir des données d'un lidar au sol ont montré un impact cohérent sur le modèle en assimilant séparément les 3 différents types de mesures lidars implémentées. Ceci constitue un premier résultat très prometteur.
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