DeseRt dUst Modeling: performance and Sensitivity evaluation

 

Les principaux objectifs du projet étaient (i) le développement d'un modèle couplant le modèle de chimie transport CHIMERE comportant des paramétrisations spécifiques des émissions, du transport et du dépôt des aérosols désertiques et le modèle météorologique WRF (Weather Research and Forecast model) ; (ii) l'évaluation de la qualité des simulations régionales réalisées avec cet outil et (iii) l'évaluation de la sensibilité des simulations aux principaux forçages de ces simulations : les champs météorologiques et les propriétés de surface des régions sources. Une des finalités était d’identifier les principaux biais des simulations d’aérosols désertiques pour proposer des voies d’amélioration.

 

Pour estimer les performances et la sensibilité, des simulations ont été réalisées avec le modèle régional sur un domaine centré sur le nord de l'Afrique, région où les émissions d'aérosols désertiques sont les plus intenses au monde. L'étude de sensibilité au forçage météorologique utilisé est basée sur des comparaisons de simulations réalisées avec différents "produits" météorologiques fournis par les centres de prévision européen et américain puis régionalisés avec le modèle WRF. Les vitesses de vent de surface qui contrôlent les émissions ont été comparées aux données des stations météorologiques synoptiques.La sensibilité aux propriétés de surface et à leur résolution spatiale a également été évaluée.

 

Une base de données de validation spécifique a été établie en compilant l'ensemble des données acquises au cours des campagnes de mesures récentes sur le nord de l'Afrique, par des dispositifs de suivi à long-terme en Afrique de l'Ouest (http://www.lisa.u-pec.fr/SDT/) et en Méditerranée et des produits satellites (https://oceancolor.gsfc.nasa.gov/SeaWiFS/). Le niveau d'accord avec les observations est quantifié par des scores statistiques calculés de façon systématique pour l’ensemble des simulations et sur les trois années étudiées.

 

Un couplage du modèle CHIMERE et du modèle WRF a été mis au point. Il permet de réaliser des simulations régionales d’aérosols désertiques autorisant les rétroactions radiatives/dynamiques (Briant et al., 2017) et également les rétroactions aérosols/nuages (Tuccella et al., 2019).

 

La configuration du modèle a été optimisée pour reproduire simultanément les concentrations, les dépôts et l’épaisseur optique en aérosols. La qualité des différentes simulations régionales a été évaluée. Les simulations forcées par les champs régionalisés avec le modèle WRF donnent les résultats les meilleurs et les plus stables. Les principaux biais sont les variations régionales et saisonnières des niveaux d’accord aux observations et une sous-estimation persistante de la fraction grossière des aérosols transportés. Le degré d’accord avec les épaisseurs optiques et les concentrations mesurées au Sahel est très satisfaisant mais les dépôts sont fortement sous-estimés. L’accord est bien moins bon sur l’Afrique du Nord et le pourtour méditerranéen.

 

Figure 1. Concentrations en PM10 mesurées à Banizoumbou (Niger) et simulées avec la version optimisée du modèle CHIMERE.

URL: http://www.agence-nationale-recherche.fr/Projet-ANR-12-ASTR-0029
PI : B. Marticorena
Financial support: ANR ASTRID (2013-2017)
Partenaires :
F. Brocheton – Société Numtech, Clermont-Ferrand
L. Menut – Laboratoire de Météorologie Dynamique

Production :

Publications
- Bergametti G., J. L. Rajot, C. Pierre, C. Bouet, and B. Marticorena, How long does precipitation inhibit wind erosion in the Sahel?, Geophys. Res. Lett., 43, 6643–6649, 2016.
- Marticorena B., B. Chatenet, J. L. Rajot, G. Bergametti, A. Deroubaix, J. Vincent, A. Kouoi, C. Schmechtig, M. Coulibaly, A. Diallo, I. Koné, A. Maman, T. NDiaye, and A. Zakou, Mineral dust over west and central Sahel: Seasonal patterns of dry and wet deposition fluxes from a pluriannual sampling (2006–2012), J. Geophys. Res. Atmos., 122, doi:10.1002/2016JD025995, 2016.
- Briant R., P. Tuccella, A. Deroubaix, D. Khvorostyanov, L. Menut, S. Mailler, and S. Turquety, Aerosol–radiation interaction modelling using online coupling between the WRF 3.7.1 meteorological model and the CHIMERE 2016 chemistry-transport model, through the OASIS3-MCT coupler, Geosci. Model Dev., 10, 927-944, https://doi.org/10.5194/gmd-10-927-2017, 2017.
- Tuccella P., L. Menut, R. Briant, A. Deroubaix, D. Khvorostyanov, S. Mailler, G. Siour, and S. Turquety, Implementation of Aerosol-Cloud Interaction within WRF-CHIMERE Online Coupled Model: Evaluation and Investigation of the Indirect Radiative Effect from Anthropogenic Emission Reduction on the Benelux Union, Atmosphere, 10, 20, 2019.

 

Conférences
- Marticorena B., G. Siour, D. Poulet, G. Bergametti, C. Bouet, F. Brocheton, G. Forêt, B. Laurent, and Y. Xu, Sensitivity of mineral dust emissions over the Sahara to the surface wind velocity from different meteorological models, IX International Conference on Aeolian Erosion, 4-8 juillet 2016, Mildura (Australie).
- Marticorena B., G. Siour, D. Poulet, G. Bergametti, C. Bouet, F. Brocheton, G. Forêt, B. Laurent, and Y. Xu, Sensitivity of the simulated dust emissions over the Sahara to the surface wind speed provided by different meteorological models, 22nd European Aerosol Conference, 4-9 septembre 2016, Tours (France).
- Bouet C., G. Siour, D. Poulet, G. Bergametti, B. Laurent, F. Brocheton, G. Forêt, Y. Xu, and B. Marticorena, What is the sensitivity of the mineral dust cycle at the regional scale to surface wind speed? First insights from the DRUMS project, European Geophysical Union General Assembly, 23–28 avril 2017, Vienne (Autriche).