Sensitivity of desert dust emissions to model horizontal grid spacing during the Bodélé Dust Experiment 2005

The impact of model horizontal grid spacing on meteorology and dust emissions in the Bodélé depression was investigated during the well-documented period of the Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Five horizontal grid spacing ranging from 100 km to 5 km were tested. The main conclusion of these sensitivity tests is that the meteorology of the Bodélé depression is quite insensitive to model horizontal grid spacing below 50 km in agreement with Todd et al.'s (2008b) results. Below 50 km, dust emissions also appear relatively insensitive to model mesh size, the influence of model horizontal grid spacing on dust emissions tending towards an asymptotic behavior as model mesh size is reduced

Erosion éolienne dans les régions arides et semi-arides africaines : processus physiques, métrologie et techniques de lutte

Cette étude présente une approche par modélisation pour estimer les émissions de particules terrigènes provenant de la région semi-aride sahélienne. Deux modèles spécifiques ont été combinés : l'un pour représenter le couvert herbacé saisonnier au Sahel, l'autre pour quantifier les émissions de particules terrigènes. Le Sahel (12°N–20°N, 20°W–35°E) constitue la région d'étude et les simulations ont été effectuées à une résolution spatiale de 0,25° sur une période de 4 ans (2004-2007). Le forçage pluviométrique provient d'un produit satellitaire TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission). Les autres forçages météorologiques ont été fournis par le CEPMMT (Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme). La rugosité aérodynamique de la surface a été estimée à partir d'une paramétrisation empirique pour représenter sa dynamique temporelle à partir des simulations du couvert végétal saisonnier. Les simulations de végétation ont été comparées à des observations satellitaires au préalable. Lorsqu'aucune végétation ne pousse, les propriétés de la surface ont été considérées constantes et déduites de mesures satellitaires. Les flux d'émission annuels simulés sont compris entre 100 et 400 Mt pour l'ensemble de la région considérée, en accord avec des travaux précédents portant sur le Sahara. Leur variabilité interannuelle est aussi en accord avec les observations satellitaires. Nous avons par ailleurs mis en évidence l'existence d’une "frange émissive saisonnièrement végétalisée" dont la superficie varie selon l'année et pour laquelle les émissions annuelles sont comprises entre 0,5 Mt et 20 Mt pour la période considérée. L'inhibition en masse de ces émissions due à la végétation saisonnière et à l'humidité superficielle du sol sur cette frange varie de 20% à 35%

How surface properties influence mineral dust emissions in the Sahelian region ? A modelling case study during AMMA

Tropical mesoscale convective systems (MCSs) are a prominent feature of the African meteorology. A continuous monitoring of the aeolian activity in an experimental site located in Niger shows that such events are responsible for the major part of the annual local wind erosion, i.e. for most of the Sahelian dust emissions [Rajot, 2001]. However, the net effect of these MCSs on mineral dust budget has to be estimated: on the one hand, these systems produce extremely high surface wind velocities leading to intense dust uptake, but on the other hand, rainfalls associated with these systems can efficiently remove the emitted dust from the atmosphere. High resolution modelling appears as a relevant approach to correctly reproduce the surface meteorology associated with such meteorological systems [Bouet et al., submitted]. The question now arising concerns the reliability of surface characteristics available for the Sahelian region, especially soil texture and surface roughness, which are critical parameters for dust emissions. Contrary to arid regions, which are now well documented, data is still missing to correctly characterize semi-arid regions like the Sahel. This is in particular due to the well pronounced annual cycles of precipitations and vegetation in these regions and to the impact of land-use on surface properties. This study focuses on a case study of dust emission associated with the passage of a MCS observed during one of the Special Observing Periods of the international African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA – SOPs 1-2) program. The simulations were made using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS, Cotton et al. [2003]) coupled online with the dust production model developed by Marticorena and Bergametti [1995] and recently improved by Laurent et al. [2008] for Africa. The sensitivity of dust emission associated with the passage of the MCS to surface features is investigated using different data sets of surface properties (Harmonized World Soil Database, HWSD) and land-use (GLOBCOVER). In-situ measurements of dust concentrations (both ground-based and airborne), and of dust emission flux are used to validate the simulations

Erosion éolienne dans les régions arides et semi-arides africaines : processus physiques, métrologie et techniques de lutte

Les régions arides du sud de la Tunisie sont des zones naturellement très sensibles à l'érosion éolienne. Non seulement les précipitations dans ces régions sont faibles (inférieures à 200 mm), mais les sols sont fins, sableux et peu profonds, c'est-à-dire facilement érodables par le vent. L'utilisation de nouvelles techniques agricoles à la place des techniques traditionnelles a conduit à une augmentation de l'érosion éolienne dans ces régions. Par exemple, l'augmentation croissante de l'utilisation de la déchaumeuse à disques a eu d'importantes conséquences sur la dégradation des champs en modifiant la structure des sols et les caractéristiques de leur surface. Le présent travail de modélisation est centré sur la quantification de la déflation éolienne à l'échelle du sud tunisien en vue de déterminer en particulier les zones les plus sensibles à ce phénomène pour des objectifs de diagnostic et de stratégie de lutte efficace contre l'érosion éolienne. Les flux d'érosion éolienne sur le sud de la Tunisie ont été simulés pour l'année 2008 à une résolution de 10 km x 10 km en prenant en compte le type d'usage des sols et les pratiques agricoles associées à l'aide du modèle d'érosion éolienne Dust Production Model (DPM, Marticorena et Bergametti [1995] ; Alfaro et al. [1998]). Afin de prendre en compte les différents types d'outils agricoles utilisés sur le domaine étudié, les paramétrisations du seuil et du flux d'érosion éolienne en fonction des caractéristiques des billons de labour (hauteur et espacement) développées par Kardous et al. [2005a ; b] ont été intégrées au DPM. [...

A comprehensive modelling way for assessing real-time mixings of mineral and anthropogenic pollutants in East Asia

International audienceIn order to assess the complex mixing of atmospheric anthropogenic and natural pollutants over the East Asian region, we propose to take into account the main aerosols simultaneously present over China, Korea and Japan during the spring season. With the mesoscale RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) tool, we present a simulation of natural (desert) dust events along with some of the most critical anthropogenic pollutants over East Asia: sulphur elements (SO2 and SO42-) and Black Carbon (BC). During a 2-week case study of dust events which occurred in April 2005 over an area extending from the Gobi deserts to the Japan surroundings, we retrieve the behaviours of the different aerosols plumes. We focus on possible dust mixing with the anthropogenic pollutants from megalopolis. For both natural and anthropogenic pollution, the model results are in general agreement with the horizontal and vertical distributions of concentrations as measured by remote data, in situ LIDAR, PM10 data and literature. In particular, we show that a simplified chemistry approach of this complex issue can be efficient enough to model this event, with a real-time step of 3 h. The model provides the good shapes and orders of magnitude for the Aerosol Optical Thickness (AOT) and species contributions (via the Angström Exponent) when compared with the AERONET data

Temporal variability of mineral dust in southern Tunisia : analysis of 2 years of PM10 concentration, aerosol optical depth, and meteorology monitoring

International audienceThe south of Tunisia is a region very prone to wind erosion. During the last decades, changes in soil management have led to an increase in wind erosion. In February 2013, a ground-based station dedicated to the monitoring of mineral dust (that can be seen in this region as a proxy of the erosion of soils by wind) was installed at the Institut des Régions Arides (IRA) of Médenine (Tunisia) to document the temporal variability of mineral dust concentrations. This station allows continuous measurements of surface PM10 concentration (TEOM™), aerosol optical depth (CIMEL sunphotometer), and total atmospheric deposition of insoluble dust (CARAGA automatic sampler). The simultaneous monitoring of meteorological parameters (wind speed and direction, relative humidity, air temperature, atmospheric pressure, and precipitations) allows to analyse the factors controlling the variations of mineral dust concentration from the sub-daily to the annual scale. The results from the two first years of measurements of PM10 concentration are presented and discussed. In average on year 2014, PM10 concentration is 56 µg/m3. However, mineral dust concentration highly varies throughout the year: very high PM10 concentrations (up to 1,000 µg/m3 in daily mean) are frequently observed during wintertime and springtime, hardly ever in summer. These episodes of high PM10 concentration (when daily average PM10 concentration is higher than 240 µg/m3) sometimes last several days. By combining local meteorological data, air-masses trajectories, sunphotometer measurements, and satellite imagery, the part of the high PM10 concentration due to local emissions and those linked to an advection of dusty air masses by medium and long range transport from the Sahara desert is quantified

Modélisation multi-échelle de la dynamique des panaches d'aérosols naturels en Afrique

The aim of this study was to document as precisely as possible the mass balance of desert dust, which is a major actor in the Earth's climate system as its annual mass flux is about half of the total aerosol annual flux. Recent studies revealed some cases difficult to model so that, in this work, we chose to focus on two key issues of North Africa: the Bodélé region, due to its complex local topography, and Sahelian tropical squall lines, the interactions of which with mineral dust remain largely unknown.This study was conducted at high mesoscale resolution using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) coupled online with the Dust Production Model (DPM) developed by Marticorena and Bergametti [1995] and Laurent [2005]. In order to test the ability of this model to retrieve dust emissions in the complex area of the Bodélé, we first modelled the period corresponding to the Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Our model was able to reproduce the local meteorological features (mainly low level winds) and also the mineral dust concentrations and the structure of the plume observed during the experiment. Furthermore, we verified that mineral dust emitted from this region of the world reaches the South American continent.In addition, during this validation, we checked a modelling problem reported by several authors: General Circulation Models (GCMs) often fail when trying to represent wind fields in the Bodélé depression. Then, we undertook a climate study (on year 2001) over an extended area around the Bodélé region at several horizontal resolutions in order to characterize the low level phenomena that could explain the quasi-systematic bias of GCMs. This work was validated using the routine data of the ground-based stations as well as satellite imagery.The second case in which the validation of the model was necessary consisted in tropical squall lines that succeed in the Sahel during boreal summer. This validation was performed on a well documented event of the Special Observing Periods (SOPs) 1 and 2 of the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA).Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue.Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain.De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite.Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)

Modélisation multi-échelle de la dynamique des panaches d'aérosols naturels en Afrique

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue. Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDex 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain. De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite. Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)CLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocSudocFranceF

What is the effect of cloud inhomogeneities on actinic fluxes and chemical species concentrations?

International audienc

Vers une quantification de l'érosion éolienne des sols labourés dans le sud tunisien

International audienceLa Tunisie, par sa situation géographique, possède un climat diversifié dominé par l'aridité. Globalement, les trois quarts du pays sont menacés par la désertification, les milieux arides de la Tunisie méridionale et centrale et les milieux semi-arides de la Dorsale et d'une partie du Tell septentrional étant plus particulièrement concernés. Ces terres du sud tunisien, au-dessous de l'isohyète 200 mm an-1 , connaissent de sérieux problèmes d'ensablement qui résultent de la sévérité des conditions climatiques et d'un mode d'exploitation inapproprié des ressources naturelles qui est à l'origine de la vulnérabilité du couvert végétal naturel et des sols. Par ailleurs, le labour des sols sensibles à l'érosion éolienne pour des pratiques de céréaliculture et de culture des oliviers est à l'origine de l'amplification de ce phénomène au cours des dernières décennies. Le but de cette étude est d'utiliser les résultats de trois expériences menées à l'échelle de la parcelle dans le sud tunisien, pour quantifier l'érosion éolienne sur des surfaces agricoles, pour tester la capacité d'un outil de modélisation numérique à reproduire les flux en masse mesurés. L'approche adoptée repose sur des paramétrisations reliant le flux horizontal de particules aux dimensions géométriques des sillons. La validation expérimentale de cette approche est basée sur différentes expériences de terrain menées sur des parcelles travaillées avec différents outils de labour. Les résultats montrent un bon accord entre simulations et observations. Mots-clefs : érosion éolienne, processus physique, pertes en sol brutes, sud tunisie