Distribution des colonnes résiduelles

Distributions globales

La figure 7.3 présente les colonnes troposphériques résiduelles pour différents mois de l’année (mars, juin, septembre et décembre). Malgré la soustraction de la composante stratosphérique, ces distributions maintiennent de fortes structures caractéristiques de la distribution de HNO3 stratosphérique, plus particulièrement aux hautes latitudes. Elles semblent donc confirmer la surestimation des colonnes totales IASI, en particulier aux moyennes et hautes latitudes, mises en évidence notamment dans les comparaisons IASI-FTIR (cf section 6.2.2).

Ces distributions résiduelles pourraient également s’expliquer en partie par la différence de mode d’observation entre les instruments IASI et MLS, qui se traduit par une sensibilité différentes aux couches atmosphériques. De plus, la couverture spatio-temporelle de IASI a permis de mettre en évidence une forte variabilité journalière de HNO3 aux hautes latitudes qui n’est pas représentée par les observations MLS et que l’assimilation tend à lisser.

Par conséquent, à l’instar de l’ozone, il semble que la méthode résiduelle pour HNO3 soit préférentiellement applicable dans la ceinture intertropicale. Nous restreignons dans la suite notre étude à cette région spécifique et mettons l’accent sur la relation entre les concentrations troposphériques et la production des NO_x par les éclairs et les feux. qui dominent les émissions dans ces zones. Les feux de biomasse en Afrique sont par exemple responsables d’environ un tiers des émissions globales de NO_x provenant des feux de biomasse, qu’ils soient naturels ou déclenchés par l’homme.

Fig. 7.3 - Distributions globales des colonnes résiduelles de HNO3 IASI calculées pour les mois de mars, juin, septembre et décembre.

La figure 7.4 présente le nombre de feux détectés par l’instrument MODIS^* pendant les différentes saisons de l’année 2008. On y observe que la saison des feux de biomasse s’étend de janvier dans le nord de l’Afrique jusque juin/juillet dans le sud des forêts équatoriales et jusque août/septembre dans l’est et le sud de l’Afrique.

Le nombre de flashs/km² détectés par LIS^† pour les 4 saisons de l’année 2008 est illustré à la figure 7.5. Elle permet de localiser les régions sources des NO_x associées aux éclairs ainsi que leur variabilité saisonnière.

*

Lancé à bord des satellites Aqua et Terra par la NASA, MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) a été conçu pour fournir des images satellites journalières de la Terre en temps réel depuis une orbite polaire. Il permet une localisation précise des feux chaque jour (le matin pour Aqua et l’après-midi pour Terra) sur tout le globe. La signature des feux est détectée depuis la différence de température de brillance entre 3.9 et 11 µm (Giglio et al. 2003).

†

L’instrument LIS (Lightning Imaging Sensor) à bord de TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission), lancé en novembre 1997 en orbite polaire inclinée à 35° à 350 km d’altitude. Il est optimisé pour observer la distribution et la variabilité des éclairs (inter- et intra-nuageux, nuage-sol) qui se produisent dans les régions tropicales du globe avec une résolution spatiale de 4 à 7 km. Il est conçu pour observer un point sur le globe pendant environ 90 secondes. Même si la durée de l’observation est relativement brève, elle est suffisante pour estimer le nombre d’éclairs de la plupart des évènements.

Fig. 7.4 - Nombre de feux détectés par l’instrument MODIS par saison en 2008.

Fig. 7.5 - Nombre de flashs/km² détectés par l’instrument LIS/TRMM pour les différentes saisons de l’année 2008.

Distributions dans la région intertropicale

La figure 7.6 présente les distributions des colonnes résiduelles dans la région intertropicale pour les mois de juin à octobre, périodes pendant lesquelles un nombre important de feux et aussi d’éclairs est détecté au-dessus de ces régions (Fig. 7.4 et 7.5).

Fig. 7.6 - Distributions mensuelles des colonnes résiduelles pour les mois de juin à octobre dans la région intertropicale (molécules/cm²). Les données sont moyennées sur une grille de 1° latitude × 1° longitude.

Nous observons sur ces distributions des structures intenses à l’ouest de l’Afrique ainsi que de l’Amérique du sud. Elles résultent probablement de la présence de nuages fins de basses altitudes qui absorbent dans la région spectrale d’inversion et qui ne sont pas retenus pas le

filtre nuage appliqué. Ceci qui a pour effet d’entraîner une surestimation des colonnes totales inversées. Ces nuages sont principalement observés ici pour les mois de août à octobre. Des structures particulières sont également observées au-dessus des régions désertiques, résultant probablement des structures d’émissivité caractéristiques de ces régions, et ce malgré les filtres a posteriori appliqués à cet effet (cf section 5.3.2). Notons également une concentration moyenne globale plus élevée à partir du mois d’août. Cette nette transition résulte de l’amélioration effectuée dans le transfert radiatif, que nous avons évoquée précédemment, avec la prise en compte des flux descendants réfléchis.

Hormis ces effets indésirables, des augmentations de HNO₃ significatives peuvent être mises en évidence sur ces distributions:

- au-dessus du continent africain principalement pour les mois de juin et juillet, probablement associées aux émissions de NOx dans les feux de biomasse.

- au-dessus de l’océan atlantique entre 15° et 30° N principalement en juin qui peuvent provenir des émissions intenses de NO_x dans les éclairs observés au sud de l’Amérique du nord.

- au-dessus de la région indonésienne à partir de juillet, qui peuvent également être associées aux émissions de NO_x dans les éclairs.

Il est intéressant de noter que les colonnes résiduelles sont supérieures à environ 6×10¹⁵ molécules/cm² dans les régions les plus marquées, ce qui est comparable à la valeur minimale de la colonne 0-15 km détectable par IASI (5.62×10¹⁵ molécules/cm²) (cf table 7.1).

Ces résultats prometteurs devraient être affinés dans le futur, en particulier pour tenir compte des différentes sensibilités des mesures IASI et MLS et des nombreuses sources d’incertitude (colonnes totales IASI, mesures tangentes MLS, altitude de la tropopause,…), de manière à améliorer la détermination quantitative de la colonne troposphérique.

Dans la section suivante, nous comparons les colonnes résiduelles à celles obtenues par la méthode de l’excès troposphérique pour la région intertropicale.