Study of the import and the export processes of gaseous and particulate air pollution over the Mediterranean basin (MB) within the framework of the CharMEx

L'objectif de cette thèse est d'étudier les phénomènes d'import et d'export de la pollution gazeuse et particulaire au-dessus du Bassin Méditerranéen (BM). Ce travail consiste dans un premier temps à étudier l'évolution de l'ozone (O3) de surface dans un contexte de changement climatique au-dessus du BM entre 2000 et 2100, en exploitant les sorties issues de 13 modèles participant à l'exercice ACCMIP (Atmospheric Chemistry and Climate Model Intercomparison Project). Nous avons montré que l'ozone de surface diminue entre 2000 et 2030 (2100) pour 3 RCPs (Representative Concentration Pathway) : -14% (-38%) pour le RCP2.6, -9% (-24%) pour le RCP4.5 et -10% (-29%) pour le RCP6.0, alors que pour le scénario RCP8.5, l'ozone de surface reste stable au cours du XXIème siècle. Dans un second temps, nous avons identifié les sources et les chemins de transport de l'O3 et du monoxyde de carbone (CO) représentatifs des différentes régions du BM : l'Est, l'Ouest et le Centre entre 2012 et 2014, en utilisant une approche statistique qui combine des observations de surface et des rétro-trajectoires issues du modèle HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Trajectory). En général, l'O3 et le CO sont transportés, respectivement, depuis l'Europe continentale et l'Europe de l'Est vers le BM. Finalement, nous avons étudié les phénomènes d'import et d'export de la pollution au-dessus du BM, en utilisant le modèle MOCAGE (Modèle de Chimie Atmosphérique à Grande Échelle) et le modèle HYSPLIT, et en exploitant les observations récoltées lors des deux campagnes de mesures TRAQA (TRAnsport à longue distance et Qualité de l'Air) (été 2012) et GLAM (Gradient in Longitude of Atmospheric constituents above the Mediterranean basin) (août 2014) réalisées dans le cadre du programme ChArMEx (The Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment). Nous avons mis en évidence le transport à longue distance des masses d'air enrichies en O3 et l'impact du Mistral sur le mélange des masses d'air. Le bilan d'O3 et de CO a été aussi réalisé sur le BM pour l'année 2012 à partir des simulations du modèle MOCAGE. Les résultats montrent que le CO est importé vers le BM pendant le printemps et l'été alors que l'O3 est importé vers le BM durant la période janvier-juin puis exporté le reste de l'année.The objective of this thesis is to study the import and the export processes of gaseous and particulate air pollution over the Mediterranean Basin (MB). Firstly, we investiga- ted the evolution of surface ozone (O3) over the MB over the time period 2000-2100 in a context of climate change, using the Atmospheric Chemistry and Climate Model In- tercomparison Project (ACCMIP) outputs from 13 models. Compared to the reference period (2000), we found a net decrease in the ensemble mean surface O3 over the MB in 2030 (2100) for 3 RCPs (Representative Concentration Pathway) : -14% (-38%) for RCP2.6, -9% (-24%) for RCP4.5 and -10% (-29%) for RCP6.0. For the RCP8.5 scenario, the ensemble mean surface O3 is almost constant over the MB from 2000 to 2100. Se- condly, we identified the geographical sources and the transport pathways of polluted air masses inducing high levels of surface O3 and carbon monoxide (CO) concentrations in di erent regions of the MB, representative of the west, the center and the east of the MB between 2012 and 2014, using several backward trajectory statistical analyses combining in situ measurements and back trajectories obtained from the HYSPLIT (HYbrid Single- Particle Lagrangian Integrated Trajectory) model. In general, O3 and CO are transported to the MB from continental Europe and Eastern Europe, respectively. Finally, we studied the import and export processes of pollution over the MB using the chemical transport model MOCAGE (MOdele de Chimie Atmosphérique à Grande Échelle) and the HYS- PLIT model. We also investigated in situ measurements carried out during both TRAQA (TRAnsport à longue distance et Qualité de l'Air) (2012) and GLAM (Gradient in Longi- tude of Atmospheric constituents above the Mediterranean basin) (2014) field campaigns performed within the framework of the ChArMEx (The Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) program. We highlighted the long-range transport of air masses rich in O3 and the impact of the Mistral wind on the air mass mixing. The budget of O3 and CO was also performed over the MB for the year 2012 using the MOCAGE model simulations. We found that the MB is an import area for CO during the spring-summer period, whilst tropospheric O3 is imported to the MB during the January-June period and exported the rest of the year

Etude des processus d'import et d'export de la pollution gazeuse et particulaire au-dessus du bassin méditerranéen dans le cadre du projet ChArMEx

The objective of this thesis is to study the import and the export processes of gaseous and particulate air pollution over the Mediterranean Basin (MB). Firstly, we investiga- ted the evolution of surface ozone (O3) over the MB over the time period 2000-2100 in a context of climate change, using the Atmospheric Chemistry and Climate Model In- tercomparison Project (ACCMIP) outputs from 13 models. Compared to the reference period (2000), we found a net decrease in the ensemble mean surface O3 over the MB in 2030 (2100) for 3 RCPs (Representative Concentration Pathway) : -14% (-38%) for RCP2.6, -9% (-24%) for RCP4.5 and -10% (-29%) for RCP6.0. For the RCP8.5 scenario, the ensemble mean surface O3 is almost constant over the MB from 2000 to 2100. Se- condly, we identified the geographical sources and the transport pathways of polluted air masses inducing high levels of surface O3 and carbon monoxide (CO) concentrations in di erent regions of the MB, representative of the west, the center and the east of the MB between 2012 and 2014, using several backward trajectory statistical analyses combining in situ measurements and back trajectories obtained from the HYSPLIT (HYbrid Single- Particle Lagrangian Integrated Trajectory) model. In general, O3 and CO are transported to the MB from continental Europe and Eastern Europe, respectively. Finally, we studied the import and export processes of pollution over the MB using the chemical transport model MOCAGE (MOdele de Chimie Atmosphérique à Grande Échelle) and the HYS- PLIT model. We also investigated in situ measurements carried out during both TRAQA (TRAnsport à longue distance et Qualité de l'Air) (2012) and GLAM (Gradient in Longi- tude of Atmospheric constituents above the Mediterranean basin) (2014) field campaigns performed within the framework of the ChArMEx (The Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) program. We highlighted the long-range transport of air masses rich in O3 and the impact of the Mistral wind on the air mass mixing. The budget of O3 and CO was also performed over the MB for the year 2012 using the MOCAGE model simulations. We found that the MB is an import area for CO during the spring-summer period, whilst tropospheric O3 is imported to the MB during the January-June period and exported the rest of the year.L'objectif de cette thèse est d'étudier les phénomènes d'import et d'export de la pollution gazeuse et particulaire au-dessus du Bassin Méditerranéen (BM). Ce travail consiste dans un premier temps à étudier l'évolution de l'ozone (O3) de surface dans un contexte de changement climatique au-dessus du BM entre 2000 et 2100, en exploitant les sorties issues de 13 modèles participant à l'exercice ACCMIP (Atmospheric Chemistry and Climate Model Intercomparison Project). Nous avons montré que l'ozone de surface diminue entre 2000 et 2030 (2100) pour 3 RCPs (Representative Concentration Pathway) : -14% (-38%) pour le RCP2.6, -9% (-24%) pour le RCP4.5 et -10% (-29%) pour le RCP6.0, alors que pour le scénario RCP8.5, l'ozone de surface reste stable au cours du XXIème siècle. Dans un second temps, nous avons identifié les sources et les chemins de transport de l'O3 et du monoxyde de carbone (CO) représentatifs des différentes régions du BM : l'Est, l'Ouest et le Centre entre 2012 et 2014, en utilisant une approche statistique qui combine des observations de surface et des rétro-trajectoires issues du modèle HYSPLIT (Hybrid Single Particle Lagrangian Trajectory). En général, l'O3 et le CO sont transportés, respectivement, depuis l'Europe continentale et l'Europe de l'Est vers le BM. Finalement, nous avons étudié les phénomènes d'import et d'export de la pollution au-dessus du BM, en utilisant le modèle MOCAGE (Modèle de Chimie Atmosphérique à Grande Échelle) et le modèle HYSPLIT, et en exploitant les observations récoltées lors des deux campagnes de mesures TRAQA (TRAnsport à longue distance et Qualité de l'Air) (été 2012) et GLAM (Gradient in Longitude of Atmospheric constituents above the Mediterranean basin) (août 2014) réalisées dans le cadre du programme ChArMEx (The Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment). Nous avons mis en évidence le transport à longue distance des masses d'air enrichies en O3 et l'impact du Mistral sur le mélange des masses d'air. Le bilan d'O3 et de CO a été aussi réalisé sur le BM pour l'année 2012 à partir des simulations du modèle MOCAGE. Les résultats montrent que le CO est importé vers le BM pendant le printemps et l'été alors que l'O3 est importé vers le BM durant la période janvier-juin puis exporté le reste de l'année

Future changes in surface ozone over the Mediterranean Basin in the framework of the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx)

International audienceIn the framework of the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx; http://charmex.lsce. ipsl.fr, last access: 22 June 2018) project, we study the evolution of surface ozone over the Mediterranean Basin (MB) with a focus on summertime over the time period 2000-2100, using the Atmospheric Chemistry and Climate Model Inter-comparison Project (ACCMIP) outputs from 13 models. We consider three different periods (2000, 2030 and 2100) and the four Representative Concentration Pathways (RCP2.6, RCP4.5, RCP6.0 and RCP8.5) to study the changes in the future ozone and its budget. We use a statistical approach to compare and discuss the results of the models. We discuss the behavior of the models that simulate the surface ozone over the MB. The shape of the annual cycle of surface ozone simulated by ACCMIP models is similar to the annual cycle of the ozone observations, but the model values are biased high. For the summer, we found that most of the models overestimate surface ozone compared to observations over the most recent period (1990-2010). Compared to the reference period (2000), we found a net decrease in the ensemble mean surface ozone over the MB in 2030 (2100) for three RCPs: −14 % (−38 %) for RCP2.6, −9 % (−24 %) for RCP4.5 and −10 % (−29 %) for RCP6.0. The surface ozone decrease over the MB for these scenarios is much more pronounced than the relative changes of the global tropospheric ozone burden. This is mainly due to the reduction in ozone precursors and to the nitrogen oxide (NO x = NO + NO 2)-limited regime over the MB. For RCP8.5, the ensemble mean surface ozone is almost constant over the MB from 2000 to 2100. We show how the future climate change and in particular the increase in methane concentrations can offset the benefits from the reduction in emissions of ozone precursors over the MB

The GLAM Airborne Campaign across the Mediterranean Basin

International audienc