Titre original :

Modélisation régionale et télédétection spatiale des propriétés d’absorption des aérosols de feux de biomasse dans la région de l’Atlantique Sud-Est

Titre traduit :

Regional modelling and satellite remote sensing of biomass burning aerosol absorption properties over the Southeast Atlantic region

Mots-clés en français :
  • Carbone brun
  • Modélisation atmosphérique régionale

  • Aérosols atmosphériques
  • Lumière -- Absorption
  • Biomasse végétale
  • Langue : Français
  • Discipline : Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère
  • Identifiant : 2020LIL1R027
  • Type de thèse : Doctorat
  • Date de soutenance : 09-10-2020

Résumé en langue originale

L'absorption des aérosols est une propriété clé pour évaluer les impacts radiatifs des aérosols, tant directs que sur les propriétés des nuages, sur le climat à l’échelle régionale. Des études récentes ont montré que certains composés d’aérosols organiques (OC), appelés « carbone brun » (BrOC), émis principalement par la combustion de biomasse, peuvent absorber de manière significative le rayonnement solaire dans le spectre ultraviolet-visible-proche infrarouge. L'objectif principal de ce travail est d'améliorer la représentation des propriétés d'absorption des aérosols dans les modèles de climat régionaux. Nous nous concentrons sur les panaches de particules de feux de biomasse transportés au-dessus des nuages dans la région de l'Atlantique Sud-Est, au large de la côte ouest de l'Afrique. C’est une région présentée comme un laboratoire naturel pour mieux comprendre la complexité des interactions aérosol-nuage. La méthodologie repose sur des simulations numériques régionales d'aérosols à partir du modèle couplé météorologie-chimie WRF-Chem, combinées à un inventaire détaillé des émissions de feux de biomasse et à différents ensembles d'observations innovants de télédétection des aérosols, à la fois par ciel clair et nuageux à partir du capteur spatial POLDER-3/PARASOL. La littérature actuelle indique que le carbone brun absorbe plus efficacement le rayonnement UV-bleu que le carbone suie pur (BC). L’idée est d’exploiter cette spécificité en comparant la dépendance spectrale de l’albédo de simple diffusion issue des observations POLDER-3 dans la gamme de longueurs d’onde 443-1 020 nm avec celle simulée pour différentes proportions de BC, OC et BrOC. Ces tests de sensibilité reposent sur deux principales contraintes : le maintien d’une épaisseur optique aérosol par ciel dégagé/au-dessus des nuages et d’un rapport de masse (BC sur OC) réalistes. Des expériences de modélisation sont présentées et discutées afin de fournir de nouvelles estimations de la teneur en carbone suie, carbone organique et carbone brun dans les panaches d'aérosols de feux de biomasse africains transportés dans la région de l'Atlantique Sud-Est.

Résumé traduit

Aerosol absorption is a key property to assess aerosol radiative impacts, both direct and on cloud properties, on regional climate. Recent studies have shown that some aerosol organic compounds (OC) called "brown carbon" (BrOC), mainly emitted by biomass burning, can absorb radiation significantly in the ultraviolet-visible-near-infrared spectrum. The main objective of this work is to improve the representation of the absorption properties of aerosols in regional climate models. We focus on biomass burning particles plumes transported above clouds in the Southeast Atlantic region, off the west coast of Africa. This is a region highlighted as a natural laboratory to better understand the complexity of aerosol-cloud interactions. The methodology relies on regional aerosol numerical simulations from the coupled meteorology-chemistry WRF-Chem model combined with a detailed state-of-the-art biomass burning emission inventory and different sets of innovative aerosol remote sensing observations, both in clear and cloudy skies from the POLDER-3/PARASOL satellite sensor. Current literature indicates that brown carbon absorbs more efficiently UV-blue radiation than pure black carbon (BC). The idea is to exploit this specificity by comparing the spectral dependence of the single scattering albedo retrieved from POLDER-3 observations in the 443-1,020 nm to the one simulated for different proportions of BC, OC and BrOC. Two main constraints are used to build up these sensitivity tests: keeping realistic clear-sky/above-cloud aerosol optical thickness and BC-to-OC mass ratio. Modeling experiments are presented and discussed to provide new estimates of the black, organic and brown carbon contents in the African biomass burning aerosol plumes transported over the Southeastern Atlantic region.

  • Directeur(s) de thèse : Chiapello, Isabelle - Péré, Jean-Christophe - Waquet, Fabien
  • Laboratoire : Laboratoire d'optique atmosphérique (LOA)
  • École doctorale : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

AUTEUR

  • Siméon, Alexandre
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