1.5 Le mod` ele FLEXPART
1.5.2 Outils diagnostiques
Une simulation FLEXPART consiste `a relˆacher des particules dispos´ees al´eatoirement dans des boˆıtes d´efinies en longitude, latitude et hauteur. Les particules sont soumises aux sch´emas d’advection et de turbulence au cours du temps. Elles pr´esentent, au bout d’un certain temps, la forme d’un nuage de particules repr´esentatif de la dispersion de la boˆıte dans l’atmosph`ere dans le cas d’un mode « forward », ou d’un processus de m´elange dans le cas d’un mode « backward ». Diff´erents traceurs passifs et param`etres dynamiques peuvent ˆetre utilis´es en sortie de FLEXPART pour interpr´eter les r´esultats des simulations. Ils sont disponibles `a des temps de sortie d´etermin´es pour chaque boˆıte o`u les particules ont ´et´e initialis´ees.
Le type de sortie de la plupart des simulations effectu´ees dans l’´etude est bas´e sur une statistique des particules relˆach´ees sur une grille de sortie pr´e-d´efinie. Les param`etres d´ependront du sens temporel de la simulation. Un temps de r´esidence des particules dans chaque maille de la grille sera visualis´e en mode « backward » alors qu’en « forward » ce sera la concentration d’un compos´e chimique. Les valeurs de temps de r´esidence seront
1.5 Le mod`ele FLEXPART
repr´esent´ees par rapport au temps de r´esidence maximal rep´er´e dans la grille de sortie. Elles permettent de localiser et r´epertorier les zones de plus grande influence sur le m´elange qu’a subi un panache de particules. Un maximum de temps de r´esidence dans une certaine zone traduira le fait que la concentration chimique d’une boˆıte aura une origine particuli`erement localis´ee, tandis que des temps de r´esidence globalement homog`enes signifieront que la boˆıte initiale a subi un m´elange de plusieurs masses d’air, et ceci de fa¸con homog`ene.
Une alternative ou un suppl´ement d’information au temps de r´esidence est d’utiliser le calcul de centres mobiles nomm´es « clusters » disponibles dans FLEXPART (Stohl et al., 2002 [66]). Durant les simulations, un nombre de centres mobiles est d´efini par boˆıte. Par la suite, les centres mobiles seront d´esign´es sous leur nom originel. L’analyse en clusters est une m´ethode dite « semi-objective » (Kalkstein et al. , 1987 [41]) employ´ee ici pour d´eterminer les diff´erentes positions qui caract´erisent au mieux la position et la forme d’une r´etroplume dans son ensemble. Cette technique, utilis´ee seule, constitue donc un bon moyen de r´eduire autant que possible les fichiers de taille cons´equente de FLEXPART tout en maintenant le maximum d’informations n´ecessaires. Les clusters sont ´equivalents `a un ensemble de trajectoires mais permettent une vision plus objective et moins arbitraire. L’analyse en clusters r´eduit la distance au sens des moindres carr´es entre les particules d’un mˆeme cluster et la distance entre ces mˆemes particules et le centre de leur cluster respectif. Elle maximise en revanche la distance entre les diff´erents centres des clusters. L’id´ee d’utiliser des clusters est qu’`a partir de centres mobiles positionn´es `a chaque pas de temps dans le panache de particules associ´e `a chaque boˆıte de d´epart, on peut ´etudier l’ensemble du nuage de particules `a l’aide de param`etres mesur´es en un nombre de positions particuli`eres, repr´esentatives de la distribution spatiale des particules. FLEXPART calcule en chaque centre de masse, en plus de la position en x, y et z, la fraction de particules associ´ees au cluster, son tourbillon potentiel, son humidit´e relative, et la hauteur de la couche limite en ce point.
Un traceur passif stratosph´erique est disponible pour chaque boˆıte. Il repr´esente le pour- centage de particules ayant un tourbillon potentiel sup´erieur `a 2 pvu, seuil g´en´eralement utilis´e pour d´efinir la tropopause dynamique aux moyennes latitudes. De mˆeme, un tra-
ceur passif couche limite est ´egalement disponible. Il repr´esente le pourcentage de parti- cules ayant une hauteur inf´erieure `a la hauteur de la couche limite, celle-ci ´etant calcul´ee `a partir d’un nombre de Richardson critique (Vogelezang et Holrslag, 1996 [77]). Diff´erents param`etres dynamiques moyens sont disponibles `a partir de la moyenne des ces derniers au cours de la simulation. Ces valeurs n’ont que peu de signification lorsque le panache est trop dispers´e, et d`es lors que les moyennes mettent en jeu des particules avec des propri´et´es compl`etement diff´erentes.
Chapitre 2
La canicule europ´eenne de 2003 vue
par les avions MOZAIC
Ce chapitre pr´esente les r´esultats de l’´etude de la canicule europ´eenne de 2003 obtenus `a l’aide des donn´ees MOZAIC et de l’utilisation du mod`ele de transport Lagrangien des par- ticules FLEXPART. L’analyse des observations MOZAIC va permettre de caract´eriser la pollution dans toute la troposph`ere. L’´etude de la situation synoptique mettra en ´evidence les traits caract´eristiques du transport pendant la p´eriode comprise entre le 2 et le 14 Aoˆut. Ensuite, les origines de la pollution seront recherch´ees et les contributions des sources an- thropiques europ´eenne, nord-am´ericaine et issue des feux de biomasse portugais seront quantifi´ees. La possibilit´e d’un transport direct du Portugal vers Francfort dans les basses couches de l’atmosph`ere sera document´ee. L’article soumis au journal ACP (Tressol et al., 2008 [73]) est inclus `a la prochaine section. La premi`ere partie de ce chapitre en pr´esente une synth`ese en fran¸cais. Elle est suivie par l’article mˆeme. Dans la seconde partie, nous d´evelopperons des r´esultats additionnels non publi´es et acquis avec les mesures ainsi que les simulations effectu´ees `a Paris et Vienne.