2.6 Etude du transport des poussi`eres dans le mod`ele LMDZ
2.6.6 Simulation du transport des poussi`eres
Nous montrons sur la figure 2.13 l’´epaisseur optique `a 550 nm issue des simulations de LMDZ avec les versions SP (Fig 2.13(a)) et NP (Fig 2.13(b)). Ces r´esultats moyenn´es sur le mois de janvier 2006 montrent une diff´erence sur le contenu int´egr´e des poussi`eres avec des valeurs plus ´elev´ees pour la version NP. Le rapport entre la NP et la SP montr´e sur la figure 2.13(c) indique un facteur entre 4 et 8 au dessus des zones sources et au niveau de l’atlantique nord tropical. Un facteur 2 est obtenu au dessus de l’oc´ean entre 5N et 15N. Ces r´esultats montrent que l’AOT est fortement impact´ee par les ´emissions simul´ees sur cette mˆeme p´eriode dont les moyennes saisonni`eres ont d´ej`a ´et´e pr´esent´ees et qui seront analys´ees plus en d´etail dans le chapitre 3. Les valeurs plus ´elev´ees de l’AOT simul´ee par la version NP sont coh´erentes avec les valeurs plus ´elev´ees des ´emissions. Les valeurs moyennes de l’AOT `a 550 nm issues des poussi`eres d´esertiques sont faibles durant cette p´eriode d’hiver.
Verticalement, les poussi`eres d´esertiques sont transport´ees pratiquement jusqu’`a la tropopause (Fig 2.13(d) et (e)). Entre 5N et 25N, l’extension verticale des a´erosols est plus importante dans la simulation de la version NP. Cette diff´erence s’explique par un m´elange important de ces a´erosols au sein de cette couche sous l’effet des thermiques.
Les moyennes saisonni`eres de l’´epaisseur optique des poussi`eres simul´ees par la version NP du mod`ele et observ´ees sont montr´ees sur la figure 2.14 pour la p´eriode 2004 `a 2007. En hiver, les observations montrent un maximum d’´epaisseur optiques des a´erosols d’environ 1,2 sur la bande [10W 10E] aux voisinages de la latitude 5N (Fig 2.14-a). Ces AOT observ´ees sont fortement sous-estim´ees par la simulation de la version NP partout sur l’Afrique de l’Ouest (Fig 2.14-c). Dans les r´egions situ´ees au sud de 10N, il faut noter la pr´esence des a´erosols issus des feux de biomasse ´emis `a partir des r´egions ´equatoriales et qui ne sont pas pris en compte dans nos simulations. L’AOT `a 550 nm des poussi`eres simul´ee pr´esente des maximums d’environ 0,2 situ´es principalement `a proximit´e des zones d’´emissions (Mauritanie, Bod´el´e) et dans les panaches au dessus de l’oc´ean atlantique. Le mod`ele identifie bien la position g´eographique des zones ´emettrices de poussi`eres sur la r´egion sah´elo saharienne et le sens de leur transport. La limitation des cartes de types de sol, et donc des ´emissions de poussi`eres, `a 13N joue probablement un faible rˆole car les ´emissions de poussi`eres sont faibles au sud de 13N.
Epaisseur optique `a 550 nm (a) SP (b) NP (c) N PSP 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 42° W 36° W 30° W 24° W 18° W 12° W 6° W 0° 6° E 12° E 18° E 24° E 30° E 0° 4° N 8° N 12° N 16° N 20° N 24° N 28° N 32° N 36° N 40° N 44° N 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 42° W 36° W 30° W 24° W 18° W 12° W 6° W 0° 6° E 12° E 18° E 24° E 30° E 0° 4° N 8° N 12° N 16° N 20° N 24° N 28° N 32° N 36° N 40° N 44° N 1 2 3 4 5 6 7 8 42° W 36° W 30° W 24° W 18° W 12° W 6° W 0° 6° E 12° E 18° E 24° E 30° E 0° 4° N 8° N 12° N 16° N 20° N 24° N 28° N 32° N 36° N 40° N 44° N Moyenne zonale [45W 5W] (d) SP (e) NP 1 3 5 7 9 11 13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1 3 5 7 9 11 13 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Figure 2.13 – Transport des poussi`eres `a partir des zones sources de l’Afrique de l’Ouest et du Nord durant le mois de janvier 2006. (a) AOT `a 550 nm simul´ee par la version SP de LMDZ, (b) la mˆeme simul´ee par la version NP de LMDZ, (c) le rapport entre les simulations NP et SP pour l’AOT. La moyenne zonale de la distribution verticale de la concentration du bin 3 de poussi`eres (µg m−3) simul´ee par la version SP (d) et par la version NP (e) de LMDZ. En d et e, la verticale est exprim´ee en hPa.
sont situ´ees de part et d’autre du FIT sur la fronti`ere entre la Mauritanie et le Mali, sur le centre du Mali et sur le nord du lac Tchad (Fig 2.14-b). La simulation sous-estime les observations partout sur notre zone d’´etude (Fig 2.14-d). Les valeurs maximales simul´ees sont de l’ordre de 0,3 et se trouvent sur la cˆote s´en´egalo-mauritanienne entre 15N et 20N. La structure spatiale des panaches de poussi`eres est bien simul´ee dans le mod`ele. Ces diff´erences de l’AOT `a 550 nm s’expliquent, en partie, par des faibles ´emissions de poussi`eres simul´ees par cette version de la NP et le calcul de ces ´emissions sera repris dans le chapitre 4.
Les cycles saisonniers moyens de l’AOT et de la concentration `a la surface `a Mbour (14N, 17W) sont respectivement montr´es sur les figures 2.15 a) et b). La concentration `a la surface simul´ee est obtenue en faisant la somme des 9 bins de poussi`eres dont la taille de chacun est inf´erieure ou ´egale `a 10 µm pour ˆetre comparables aux donn´ees de PM10 mesur´ees sur Mbour. En moyenne, le maximum d’´epaisseur optique `a 550 nm observ´e sur cette station est atteint en ´et´e avec une valeur d’environ 0,55 selon AERONET et 0,65 selon MODIS-MISR. Par contre les simulations pr´esent´ees ici sont en d´esaccord avec ces observations. Le maximum de l’AOT simul´ee est atteint beaucoup plus tˆot, en avril, avec une valeur nettement plus faible d’environ 0,3 pour la version NP et 0,2 pour la version SP. Les concentrations des a´erosols `a la surface simul´ees sur la station de Mbour sont nettement plus proches des valeurs observ´ees. La valeur maximale fournie par les mesures de PM10 en Mars est de l’ordre de 200 µ g m−3 tandis que la valeur maximale simul´ee en Avril est de l’ordre de 150 µ g m−3 avec la version NP et de 200 µ g m−3 avec la version SP du mod`ele. Le maximum de l’´epaisseur optique observ´e en ´et´e sur la station de Mbour ne peut pas ˆetre expliqu´e par un maximum d’´emission pendant cette p´eriode et provient probablement de l’advection des poussi`eres ´emises sur la zone sah´elo saharienne. En effet, durant cette p´eriode de l’ann´ee, on observe des panaches de poussi`eres pr`es des zones sources associ´es au passage des syst`emes convectifs sur le Sahel (voir chapitre 4). Les simulations des deux versions SP et NP du mod`ele sous-estiment fortement les valeurs observ´ees surtout en ´et´e. On voit donc qu’une am´elioration des ´emissions simul´ees en ´et´e est n´ecessaire pour repr´esenter correctement la distribution des poussi`eres sah´elo-sahariennes. Ce point sera d´etaill´e dans le chapitre 4.
(a) DJF (OBS) (c) DJF (NP)
(b) JJA (OBS) (d) JJA (NP)
Figure 2.14 – Moyennes saisonni`eres de l’AOT `a 550 nm sur la p´eriode 2004 `a 2007 issues (a-b) des donn´ees combin´ees des observations satellitaires de MODIS et de MISR respective-ment sur les mois d’hiver (D´ecembre-Janvier-F´evrier) et d’´et´e (Juin-Juillet-Aoˆut) et (c-d) des simulations de la version NP de LMDZ respectivement sur les mois d’hiver (D´ecembre-Janvier-F´evrier) et d’´et´e (Juin-Juillet-Aoˆut).
(a) Cycle saisonnier moyen de l’AOT
(b) Cycle saisonnier moyen de la concentration
Figure 2.15 – Cycles saisonniers moyens sur la p´eriode 2005 `a 2008. (a) L’´epaisseur optique `
a 550 nm. Les points repr´esentent les observations de MODIS-MISR (magentas) et du pho-tom`etre AERONET (noirs). (b) la concentration `a la surface `a Mbour [14N, 17W]. Les points noirs repr´esentent les mesures de PM10. Les courbes repr´esentent la simulation de la version SP (noire) et de la version NP (rouge) de LMDZ.