The physics of wind-blown sand and dust

The transport of sand and dust by wind is a potent erosional force, creates sand dunes and ripples, and loads the atmosphere with suspended dust aerosols. This article presents an extensive review of the physics of wind-blown sand and dust on Earth and Mars. Specifically, we review the physics of aeolian saltation, the formation and development of sand dunes and ripples, the physics of dust aerosol emission, the weather phenomena that trigger dust storms, and the lifting of dust by dust devils and other small-scale vortices. We also discuss the physics of wind-blown sand and dune formation on Venus and Titan.Comment: 72 journal pagers, 49 figure

Mécanismes de soulèvement d'aérosols désertiques en Afrique de l'Ouest

In the framework of the present research work, two new mechanisms for dust emissions and transport over the Sahel have been identified: 1- The first one is related to the monsoon nocturnal flow dynamics; high turbulent winds at the leading edge of the monsoon flow density-current like are at the origin of dust mobilization (Bou Karam et al., 2008). 2- The second one is associated with the cyclonic activity in the ITD region, new phenomena discovered also in the framework of the present research work, to be the response to: (a) The strong horizontal shear and low-level convergence existing along the ITD and (b) enhanced northeasterly winds associated with orographic blocking of cool air masses from the Mediterranean Sea (Bou Karam et al., 2009a). Beyond their role on dust emissions, the two identified mechanisms offer for the uplifted dust the potential to attend high altitudes to be made available for long range transport. In addition, the simulation of three mechanism involved on dust emissions over West Africa by the atmospheric model MesoNH has been examined. The model was able to reproduce very well the dust emissions associated with: Low level jets (Todd et al., 2009), Monsoon leading edge high turbulent winds (Bou Karam et al., 2009b) and Sahelian cyclones (Bou Karam et al., 2009a). Also, model results suggest that dust emissions in the ITD region during summer when the ITD is located over the hot spots of West Africa are in the same order of dust emissions from the Bodélé depression in winter time, recognized as the most important African dust source.Dans le cadre du présent travail de recherche, deux nouveaux mécanismes de soulèvements d'aérosols désertiques en Afrique de l'Ouest, durant la saison de mousson, ont été identifiés: 1- Le premier étant lié aux forts vents turbulents au niveau du front de mousson dans la région du front intertropical, très actif durant la nuit et les premières heures de la journée (Bou Karam et al., 2008). 2- Le deuxième est lié à la formation de cyclones dans la région du front intertropical, phénomène mis en évidence au cours de cette thèse, comme étant la réponse: (a) Au blocage orographique exercé par les massifs du Hoggar et de l'Air sur les masses d'air froides advectées au dessus du continent Nord Africain depuis la Méditerranée et (b) au cisaillement horizontal caractérisant le front intertropical (Bou Karam et al., 2009a). Les mécanismes identifiés, en plus de leur efficacité en termes d'émissions d'aérosols, offrent des conditions dynamiques nécessaires pour l'injection des aérosols mobilisés à des hautes altitudes, leurs donnant ainsi le potentiel pour contribuer au transport à grandes échelles spatiales et temporelles. La représentativité dans le modèle atmosphérique MesoNH de trois mécanismes forçant les émissions d'aérosols a été examinée. Ainsi, le modèle était capable de reproduire d'une manière très satisfaisante les soulèvements associés: Aux jets de basses couches (Todd et al., 2009), au front de mousson (Bou Karam et al., 2009b) et aux cyclones sahéliens (Bou Karam et al., 2009a). Par ailleurs, les études numériques ont permis de quantifier les émissions associées à chacun des mécanismes, les résultats du modèle ont suggéré que les émissions dans la région du front intertropical, durant la saison de mousson quand le front est positionné au-dessus des hot-spots de l'Afrique de l'Ouest, sont du même ordre (0.8 Tg en moyenne par jour) que celles estimées dans la région de Bodélé au Tchad, connue pour être la région source la plus importante de l'Afrique au nord de l'Equateu

Mécanismes de soulèvement d'aérosols désertiques en Afrique de l'Ouest

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF

Dry cyclogenesis in the Inter Tropical Discontinuity of the West African Monsoon: a case study

International audienceThree-dimensional mesoscale numerical simulations were performed over Niger in order to investigate dry cyclogenesis in the West African Inter Tropical Discontinuity (ITD) during the summer, when it is located over the Sahel. The study focuses on the case of 7-8 July 2006, during the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) Special Observing Period 2a1. Model results show the formation of three dry cyclones in the ITD during a 24-hour period. Simulations are used to investigate the formation and the development of one of these cyclones over Niger in the lee of the Hoggar-Aïr Mountains. They show the development of the vortex to be associated with (a) strong horizontal shear and low-level convergence existing along the monsoon shearline and (b) enhanced northeasterly winds associated with orographic blocking of air masses from the Mediterranean Sea. The dry cyclone was apparent between 0700 and 1300 UTC in the simulation and it was approximately 400 km wide and 1500 m deep. Potential vorticity in the centre of vortex reached nearly 6 PVU at the end of the cyclogenesis period (1000 UTC). The role of the orography on cyclogenesis along the ITD over the study area was evaluated through model simulations without orography. The comparison of the characteristics of the vortex in the simulations with and without orography suggests that the orography plays a secondary but still important role in the formation of the cyclone. Orography and related flow splitting tend to create low-level jets in the lee of the Hoggar and Aïr mountains which, in turn, create conditions favorable for the onset of a better defined and more intense vortex in the ITD region. Moreover, orography blocking appears to favor the occurrence of a longer-lived cyclone. Key Word: AMMA, cyclones, MesoNH, ECMWF

Dry cyclogenesis in the Inter Tropical Discontinuity of the West African Monsoon: a case study

International audienceThree-dimensional mesoscale numerical simulations were performed over Niger in order to investigate dry cyclogenesis in the West African Inter Tropical Discontinuity (ITD) during the summer, when it is located over the Sahel. The study focuses on the case of 7-8 July 2006, during the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) Special Observing Period 2a1. Model results show the formation of three dry cyclones in the ITD during a 24-hour period. Simulations are used to investigate the formation and the development of one of these cyclones over Niger in the lee of the Hoggar-Aïr Mountains. They show the development of the vortex to be associated with (a) strong horizontal shear and low-level convergence existing along the monsoon shearline and (b) enhanced northeasterly winds associated with orographic blocking of air masses from the Mediterranean Sea. The dry cyclone was apparent between 0700 and 1300 UTC in the simulation and it was approximately 400 km wide and 1500 m deep. Potential vorticity in the centre of vortex reached nearly 6 PVU at the end of the cyclogenesis period (1000 UTC). The role of the orography on cyclogenesis along the ITD over the study area was evaluated through model simulations without orography. The comparison of the characteristics of the vortex in the simulations with and without orography suggests that the orography plays a secondary but still important role in the formation of the cyclone. Orography and related flow splitting tend to create low-level jets in the lee of the Hoggar and Aïr mountains which, in turn, create conditions favorable for the onset of a better defined and more intense vortex in the ITD region. Moreover, orography blocking appears to favor the occurrence of a longer-lived cyclone. Key Word: AMMA, cyclones, MesoNH, ECMWF

Saharan dust lofting by Haramattan and monsoon flows convergence: Numerical Modelling and Lidar observation

15-20 avril 200

Mesoscale modelling of dust emissions over the Sahel associated with the West African Monsoon intertropical discontinuity

Les soulèvements de poussières désertiques en Afrique de l'ouest sont connus d'être liés à des processus de petites échelles (i.e courant de densité) (Engelsteitder et al., 2007). Le front inter-tropical (FIT), l'interface entre l'air chaud et sec provenant du nord et le flux de mousson en provenance du Golfe de Guinée est une région particulièrement propice au soulèvement de poussières désertiques. L'objectif est d'analyser la dynamique 3D autour du FIT, ainsi que son cycle diurne, en complétant les observations avec des simulations, afin de mieux comprendre l'impact de celle-ci sur le cycle diurne des soulèvement de poussière dans la région du nord Niger. Au cours de la SOP 2a1 d'AMMA, des mesures par lidars aéroportés ont permis de documenter cette interface au cours de 3 vols, au-dessus du Niger. Ces mesures sont complétées dans l'espace et dans le temps par une série de simulation à méso échelle avec le modèle MesoNH avec le module aérosol. Le flux de mousson prend la forme d'un courant de densité une fois arrivé au niveau du front intertropical, situé aux alentours de 18°N durant cette période. La turbulence créée au sommet de la mousson provoque le soulèvement de poussières désertiques, d'autre part la turbulence générée par le cisaillement entre les deux masses d'air donne aux aérosols soulevés le potentiel de franchir la couche de mousson et d'atteindre des altitudes plus élevées, ainsi d'être assujettis au transport vers le sud par les masses d'air en provenance du nord, (BOU KARAM et al., submitted to QJRMS)