Contribution des LiNOx

Afin d’étudier la contribution des émissions africaines au bilan régional de l’ozone dans le domaine D1, des tests de sensibilité aux quantités d’émissions ont été effectués. Le principe est de réduire dans chaque test de 20% la quantité d’une catégorie d’émissions (émissions biogéniques, anthropiques, NO_x émis par les sols, LiNOx, émissions des feux de biomasse). La réduction de 20% est justifiée par le fait que les processus chimiques dans l’atmosphère ne sont pas linéaires. La suppression complète des émissions d’une espèce chimique peut affecter la capacité oxydante de la troposphère ainsi que le durée de vie d’autres espèces chimiques. Par conséquent, il est difficile d’estimer l’influence d’une espèce chimique en supprimant complètement ses sources. Les réductions de 20% ont été effectuées sur le domaine D2 (20°W-38°E ; 30°S-20°N). Ce domaine inclut à la fois la région d’émissions biogéniques, des NO_x par les sols, des LiNOx ainsi que la région des émissions des feux de biomasse en Afrique centrale.

5.2 Contribution des LiNOx

Le test LiNOx_off, dont les résultats sont présentés au chapitre 3, a montré que dans LMDz_INCA ce sont les LiNOx qui contribuent le plus aux concentrations de NO_x dans la haute troposphère, entre 400 hPa et 150 hPa, en Afrique pendant la saison de la mousson. Cette simulation a montré également que les LiNOx apportent une contribution significative aux concentrations de l’ozone notamment dans la haute et moyenne troposphère. La figure 5.2 montre les résultats du test SLNOx, où les émissions de NO_x par les éclairs en Afrique ont été réduites de 20%. Le tableau 5.1 montre les quantités de LiNOx émises dans le domaine D2 utilisées par les simulations KE_AMMA et SLNOx.

Espèce KE_AMMA SLNOx (-20% KE_AMMA) Différence

LiNOx [Tg (N)] 1.17 0.94 0.23 TAB. 5.1 – Quantités totales de LiNOx en JJA dans le domaine D2, utilisées par les

simulations KE_AMMA et SLNOx.

La figure 5.2 représente la distribution zonale et méridionale de l’ozone dans le domaine D1 moyennées entre juin et août (JJA) 2006, en différences absolues (∆O3) entre les simulations KE_AMMA et SLNOx. Les résultats montrent qu’une réduction de 20% des LiNOx dans le test SLNOx induit une réduction de 1-2 ppbv des concentrations de l’ozone entre 400 hPa et 150 hPa. Cette réduction se produit entre 20°S et 30°N et entre 30°W et 40°E. La moyenne troposphère est également affectée par une diminution de plus de 1 ppbv d’ozone. L’influence de la réduction des LiNOx sur les concentrations d’O₃ dans la basse troposphère est peu significative (réduction de 0.2-0.4 ppbv) en comparaison à la réduction simulée dans la haute et la moyenne troposphère. Le test LiNOx_off a montré que la suppression complète des LiNOx induit une diminution de 5-10% (1-2 ppbv) des concentrations de l’ozone dans les basses couches au dessus de l’Afrique de l’Ouest (section 3.5). Ces résultats sont en accord avec ceux de Saunois et al. (2009) qui ont calculé, à l’aide du modèle

concentrations de l’ozone dans la couche limite en Afrique de l’Ouest en supprimant les LiNOx dans leur modèle.

FIG. 5.2 – Moyenne zonale (a) et méridionale (b) en JJA et sur le domaine D1 du ∆O3

(ppbv) calculé avec les simulations KE_AMMA et SLNOx (KE_AMMA – SLNOx). Altitude (HEIGHT en Pa).

La figure 5.3 montre le ∆O3 calculé entre les concentrations de l’ozone simulées par KE_AMMA et SLNOx à 545 hPa et à 240 hPa, moyennées en JJA. Cette figure montre plus clairement l’influence des LiNOx sur l’ozone dans la moyenne et la haute troposphère dans le domaine D1. Dans la moyenne troposphère à 545 hPa, l’influence s’étend de 10°S à 20°N et jusqu’à l’océan Atlantique où on observe un ∆O3 de plus de 1 ppbv. A 240 hPa, la diminution des concentrations de l’ozone dans la simulation SLNOx atteint près de 3ppbv au dessus des côtes ouest de l’Afrique. Le modèle simule également une diminution de 1-2 ppbv d’O₃ entre 20°S et 30°N au dessus de l’océan Atlantique, au Golfe de Guinée et au Sahel. L’influence s’étend même jusqu’à l’Afrique centrale où le modèle simule un ∆O3 de plus de 1ppbv. Cette grande extension spatiale de l’influence des LiNOx sur l’ozone dans le modèle peut s’expliquer par la redistribution des masses d’air au dessus de l’Afrique de l’Ouest, par les différents processus de transport qui caractérisent cette région. La convection conduit au mélange des masses d’air dans la troposphère en Afrique de l’Ouest. L’AEJ transporte des masses d’air dans la moyenne troposphère jusqu’à l’océan Atlantique. Le TEJ exporte les masses d’air dans la haute troposphère. Enfin, les cellules de Hadley transportent des masses d’air en direction des pôles dans la haute troposphère et les subsidences dans les branches de retour de ces cellules peuvent transporter aussi les masses d’air jusqu’à la moyenne troposphère dans les régions sub-tropicales. La diminution de l’ozone au dessus de l’Afrique de l’Ouest dans la simulation SLNOx se répercute donc sur d’autres régions influencées par les processus cités ci-dessus.

La simulation LiNOx_off a montré que la suppression des LiNOx dans le modèle induit une diminution de 05-15% d’O₃ (environ 5-10 ppbv) dans la moyenne troposphère et de 20-35% (environ 10-15 ppbv) dans la haute troposphère en Afrique de l’Ouest et au dessus de l’océan Atlantique. Les résultats de LMDz_INCA sont en accord avec les résultats de Sauvage et al. (2007b) qui ont montré que dans le modèle GEOS-Chem (Bey et al., 2001) les LiNOx expliquent 30% de l’ozone produit au dessus de l’océan Atlantique pendant la saison de la mousson. Les résultats de LMDz_INCA sont aussi en accord avec ceux de Saunois et al. (2008) qui ont montré une augmentation des concentrations de l’ozone dans la moyenne et la haute

5.2 Contribution des LiNOx.

troposphère en Afrique de l’Ouest quand les LiNOx sont considérés dans la version bidimensionnel du modèle Méso-NH. Cependant, le ∆O3 calculé par LMDz_INCA est inférieur à celui calculé par Saunois et al. (2008) qui est de 20 ppbv dans la moyenne et la haute troposphère.

FIG. 5.3 – Cartes de ∆O3 (ppbv) à 545 hPa (a) et 240 hPa (b) calculées (KE_AMMA – SLNOx) ; moyennes sur JJA.

La comparaison des résultats de LMDz_INCA et des observations AMMA effectuée au chapitre 3, a montré que le modèle sous-estime la contribution des LiNOx aux concentrations de NO_x dans la haute troposphère en Afrique. Cette comparaison aux données AMMA a montré également qu’il faudra augmenter de plus de 50% les LiNOx dans LMDz_INCA pour pouvoir reproduire les concentrations élevées de NO_x produites par les éclairs dans la haute troposphère observées pendant la campagne AMMA. Un test de sensibilité (LiNOx2) a donc été réalisé en augmentant de 50% les LiNOx dans LMDz_INCA en Afrique. Les résultats de ce test sont présentés sur la figure 5.4 qui montre le ∆O3 calculé à 545hPa et 240h. Ce test montre une augmentation de 2-4 ppbv des concentrations d’O₃ dans la moyenne troposphère entre l’Afrique de l’Ouest et les côtes Est du Brésil. Un ∆O3 de 1-3 ppbv est également calculé en Afrique centrale. Dans la haute troposphère à 240hPa, l’augmentation d’O₃ atteint 3-6 ppbv dans le test LiNOx2 en Afrique de l’Ouest, au Golfe de Guinée et dans l’océan Atlantique. L’augmentation d’O₃ atteint jusqu’à 4 ppbv en Afrique centrale. La redistribution des LiNOx vers la haute et moyenne troposphère dans cette dernière région explique les augmentations d’O₃ calculées. Ce test montre que la contribution des LiNOx au budget régional de l’ozone en Afrique est sous-estimée dans LMDz_INCA.

FIG. 5.4 – Cartes de ∆O3 (ppbv) à 545 hPa (a) et 240 hPa (b) calculées (KE_AMMA – LiNOx2) ; moyennes sur JJA.