Comparaison entre deux sch´ emas d’´ emission : Schulz et al (2004) et

L’objectif premier de l’impl´ementation d’un nouveau sch´ema d’´emission des a´erosols ma- rins primaires dans le mod`ele MesoNH ´etait d’am´eliorer la repr´esentation de ces ´emissions. Dans cette section, la comparaison entre le sch´ema d’´emission de Schulz et al. (2004), not´e SCH01, (pr´esent´e section 4.1.2) et celui d’Ovadnevaite et al. (2014), not´e OVA14, est pr´esen- t´ee pour la simulation ADRIMED. Pour cela on se base essentiellement sur la mod´elisation des flux d’´emissions au niveau r´egional ainsi que sur la concentration en masse observ´ee `a la station de mesure d’Ersa. Les analyses li´ees `a l’´evaluation du sch´ema OVA14 sont pr´esent´ees par la suite, dans la section 5.2.

Flux d’´emission simul´es

Les cartes repr´esent´ees sur la figure 4.8 pr´esentent les flux d’´emission en masse pour les dates du 18, 20, 22 et 24 juin 2013 `a 1200 UTC pendant la simulation ADRIMED. Les figures du haut, milieu et bas sont respectivement les r´esultats de la simulation SCH01, OVA14 et leur diff´erence.

Globalement, pour les deux sch´emas, les a´erosols marins sont ´emis dans les mˆemes zones mais avec une amplitude plus importante pour SCH01. Les zones d’´emissions principales pendant la p´eriode ADRIMED sont donc la mer d’Alboran et au large des cˆotes portugaises (18 juin 1200 UTC), le golfe de Gascogne et les cˆotes marocaines (20 juin 1200 UTC), l’oc´ean Atlantique Nord (o`u les ´emissions sont de loin les plus importantes) (22 juin 1200 UTC) et enfin le golfe du Lion le 24 juin 1200 UTC. La premi`ere diff´erence importante entre les deux sch´ema r´eside dans l’amplitude des ´emissions. Ainsi les flux sont similaires dans l’oc´ean Atlantique le 22 juin `a 1200 UTC et dans le golfe du Lion le 24 `a 1200 UTC pour SCH01 alors qu’on observe un gradient entre les deux zones pour OVA14. On retrouve ainsi l’effet de la prise en compte de la hauteur des vagues dans les processus d’´emissions des a´erosols

marins (Section 4.3.2). Les flux d’´emissions maximaux dans l’oc´ean Atlantique atteignent 3.88 µg m−2 s−1 pour SCH01 et 1.05 µg m−2 s−1 pour OVA14. Il y a donc un facteur 4 entre les deux sch´emas. Au niveau du golfe du Lion, les flux atteignent 4.5 µg m−2 s−1 ´egalement pour SCH01 alors que les valeurs maximales simul´ees par OVA14 ne d´epassent pas 0.70 µg m−2 s−1. La diff´erence entre ces deux sch´emas est donc plus particuli`erement marqu´ees en mer M´editerran´ee comme on peut l’observer sur les figures 4.8 (k) et (l).

On remarque ensuite que les flux maximaux simul´es par SCH01 le 24 juin `a 1200 UTC ne sont pas situ´es dans le golfe du Lion mais au niveau de la mer Adriatique alors qu’OVA14 y simule des flux n´egligeables. Cette diff´erence est d’ailleurs marqu´ee par une valeur de 5.61 µg m−2 s−1 entre les deux sch´emas. En moyenne, sur tout le domaine, les flux d’´emissions sont quatre fois plus importants pour SCH01 que pour OVA14 (Tableau 4.6). Ces premiers r´esultats indiquent donc tout d’abord que le sch´ema SCH01 simule des ´emissions beaucoup plus importantes que le sch´ema OVA14 et que les valeurs y sont ´equivalentes aussi bien dans l’oc´ean Atlantique que dans les mers M´editerran´ee ou Adriatique, contrairement `a OVA14 qui simule des flux moins important dans le bassin m´editerran´een que dans l’oc´ean Atlantique.

SCH01 OVA14 Difference 18 juin Moyenne 0.34 ± 0.42 0.07 ± 0.09 0.27± 0.37 1200 UTC Max 3.39 0.47 3.37 20 juin Moyenne 0.28 ± 0.33 0.06 ± 0.07 0.23± 0.28 1200 UTC Max 3.78 0.46 3.78 22 juin Moyenne 0.53 _{± 0.68} 0.14 _{± 0.20} 0.40_{± 0.52} 1200 UTC Max 3.9 1.05 3.35 24 juin Moyenne 0.32 _{± 0.47} 0.07 _{± 0.10} 0.25_{± 0.39} 1200 UTC Max 5.61 0.70 5.61

Table 4.6 – Statistiques (moyenne, ´ecart-type et valeur maximal) des flux d’´emissions des deux sch´emas (Schulz et al. (2004) et Ovadnevaite et al. (2014)) pour quatre dates : 18, 20, 22 et juillet `a 1200 UTC.

Concentration en masse `a la surface

Apr`es avoir compar´e les flux au niveau r´egional, nous disposons des concentrations en masse `a la surface mesur´ees `a la station d’Ersa pour ´evaluer `a ´echelle locale les deux sch´emas d’´emission. Cependant, il faudrait bien ´evidemment augmenter le nombre d’observations et cette premi`ere analyse fournit toutefois une premi`ere information. La figure 4.9 pr´esente la concentration en masse en a´erosols marins sur le site d’Ersa, du 18 au 26 juin 2013. La courbe bleue repr´esente les observations du PILS-IC, et les courbes rouges et violettes repr´esentent respectivement la concentration mod´elis´ee avec les sch´emas OVA14 et SCH01. La droite noire pointill´ee repr´esente les observations effectu´ees sur les filtres Dekati.

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g) (h)

(i) (j) (k) (l)

Figure 4.8 – Comparaison entre les flux d’´emission en masse mod´elis´es pendant la simu- lation ADRIMED avec les sch´emas d’´emission Schulz et al. (2004) ((a), (b), (c) et (d)) et Ovadnevaite et al. (2014) ((e), (f), (g) et (h)). Les diff´erence entre les flux d’´emissions du sch´ema de Schulz et al. (2004) et d’Ovadnevaite et al. (2014) sont repr´esent´ees figures (i), (j), (k) et (l). Les quatre dates repr´esent´ees sont les 18, 20, 22 et 24 juin 2013 1200 UTC. Les ´echelles de couleur sont diff´erentes pour les deux simulations et pour la diff´erence des flux d’´emission.

On remarque tout d’abord que la corr´elation temporelle avec les observations est mauvaise pour les deux sch´emas, respectivement de 0.27 et 0.24 pour SCH01 et OVA14. Cependant on observe plusieurs diff´erences pour les deux cas. Premi`erement, du 19 au 22 juin, les amplitudes de la concentration en masse sont diff´erentes pour SCH01 et OVA14, de l’ordre de 15 µg m−3et 8 µg m−3, respectivement. Elles suivent ensuite un sch´ema temporel diff´erent, OVA14 simulant ses maxima de concentrations aux mˆemes moments que les observations. La concentration en masse observ´ee `a la station d’Ersa est beaucoup plus faible et ne d´epasse pas 5 µg m−3 pendant cette p´eriode. Les deux sch´emas surestiment donc la concentration en masse `a la surface d’un facteur 3 pour SCH01 et 1.6 pour OVA14. Pour cette premi`ere p´eriode, le sch´ema d’OVA14 a donc une meilleure repr´esentativit´e que SCH01.

A partir du 22 juin, les deux sch´emas ont des comportements divergents et la diff´erence est plus marqu´ee. On observe des pics de concentrations `a des instants diff´erents pour les deux sch´emas. Ainsi, pour OVA14, des concentrations de 3 µg m−3 sont simul´es `a la station d’Ersa le 22 juin apr`es-midi alors que SCH01 ne simule qu’une concentration tr`es faible (< 1 µg m−3). Le maximum de concentration est atteint au mˆeme moment pour les deux sch´ema, le 24 juin vers minuit. Cependant elle est beaucoup plus importante par SCH01 (> 30 µg m−3) que par OVA14 (_{∼ 5 µg m}−3), d´efinie par un facteur 6 entre les deux sch´emas. OVA14 est donc plus proche des mesures in-situ dont la valeur maximale est de 6 µg m−3. Ce r´esultat est ´egalement not´e par une dispersion des valeurs plus proche des observations pour OVA14 (1.53, 4.46 et 1.76 pour OVA14, SCH01 et les observations, respectivement). Le biais est cependant ´equivalent pour les deux sch´emas mais de signe diff´erent pour cette seconde p´eriode (0.95 µg m−3 pour SCH01 et -1.12 µg m−3 pour OVA14).

Figure 4.9 – Comparaison entre la concentration en masse des a´erosols marins observ´ee `

a Ersa et la concentration en masse simul´ee par les deux sch´emas : Schulz et al. (2004) et Ovadnevaite et al. (2014) `a Ersa.

Schulz et al. (2004) Ovadnevaite et al. (2014)

Corr 0.27 0.24

Biais 0.95 -1.12

std (Obs) 1.76 1.76

std (Mod`ele) 4.46 1.53

Table 4.7 – Corr´elations et biais entre la concentration en masse mesur´ee par le PILS-IC `a Ersa et les concentrations en masse simul´ees par le mod`ele `a Ersa avec les sch´emas d’´emission de Schulz et al. (2004) et d’Ovadnevaite et al. (2014)

La diff´erence observ´ee entre ces deux sch´emas peut ˆetre expliqu´ee en deux points. Le premier concerne la distribution de taille des modes caract´erisant les a´erosols marins. Le sch´ema de Schulz et al. (2004) `a un spectre granulom´etrique qui ne prend pas en compte les plus petites particules (diam`etre m´edian en masse du mode 1 : 0.28 µm) et qui au contraire prend en compte des particules jusqu’`a un diam`etre m´edian (en masse) de 15.32 µm. Le sch´ema d’Ovadnevaite et al. (2014) `a un spectre granulom´etrique beaucoup plus pr´ecis pour les particules fines et ultrafines (3 modes de diam`etre modal allant de 0.018 `a 0.09 µm). En revanche, les particules grossi`eres ont un diam`etre maximal de 6 µm (diam`etre m´edian de 0.85 µm pour le mode 5). La concentration en masse, proportionnelle au rayon au cube, est

donc fortement influenc´ee par les plus grosses particules. Ceci peut donc expliquer en partie la surestimation de la concentration en masse ´emise par le sch´ema de Schulz et al. (2004) par rapport au sch´ema d’Ovadnevaite et al. (2014). Le deuxi`eme point concerne la d´ependance de la fonction source aux param`etres intervenant dans l’´emission. On a pu observer sur les figures 4.8 que les flux d’´emission ´etaient beaucoup plus important, d’un facteur quatre environ, pour SCH01 que pour OVA14. Les deux sch´emas utilisant le mˆeme param´etrisation pour le transport et le d´epˆot des particules, si SCH01 ´emet plus de particules, cela impacte forc´ement la concentration en masse `a la surface. C’est ce que l’on observe `a la station de mesure d’Ersa.