Impacts radiatifs des aérosols sur la dynamique en couche limite urbaine : application à la campagne CAPITOUL

par Benjamin Aouizerats

Thèse de doctorat en Physique et chimie de l'atmosphère

Sous la direction de Jean-Louis Brenguier.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La modélisation de l'aérosol se pose actuellement comme un point de passage obligé pour la compréhension du système atmosphérique. Son rôle multiple le place au centre de préoccupations environnementales comme météorologiques. Aujourd'hui, de nombreuses études attestent que de par ses propriétés physico-chimiques, l'aérosol a un impact direct complexe sur le bilan radiatif du fait de ses propriétés diffusantes et absorbantes. Il a été également montré qu'il avait un fort impact indirect lorsqu'on considère sa capacité d'activation en gouttelettes nuageuses. Enfin et selon différents rapports de l'Organisation Mondiale de la Santé, l'aérosol fin et ultra fin (particules fines inhalables) pose un vrai problème de santé publique (cancers, asthmes,. . . ). Cette étude s'inscrit dans ce contexte et a pour principal objectif d'étudier les impacts radiatifs de l'aérosol urbain sur la couche limite. L'un des objectifs est d'étudier et d'évaluer les rétroactions des aérosols sur la dynamique de la couche limite urbaine au travers des interactions entre les particules atmosphériques et le rayonnement. La campagne de mesure CAPITOUL qui eut lieu entre 2004 et 2005 à Toulouse a servi de cadre à cette étude. Un cadastre d'émissions des aérosols et des gaz a tout d'abord été établi. Puis, une modélisation de l'aérosol urbain, principalement émis par des sources anthropiques (trafic routier et industries), a permis l'étude de l'évolution granulométrique et chimique, ainsi que l'analyse de la distribution spatiale des particules, fortement dépendante de la résolution adoptée. Ensuite, un module permettant de prendre en compte les caractéristiques des aérosols (taille, composition, concentration) calculées en chaque point et à chaque pas de temps lors du calcul des flux radiatifs a été développé. Ce module a permis de calculer les flux radiatifs influencés par la nature absorbante ou diffusante des aérosols. Les impacts sur ces flux et sur la température de la couche limite dans le cas réel de la campagne CAPITOUL sont présentés et comparés aux impacts dus à la surface urbaine seule.

  • Titre traduit

    Aerosol impacts on the urban boundary layer dynamics : pplication during the capitoul field experiment


  • Résumé

    Nowaday, aerosol modelling is an absolute interest for the understanding of the complex atmospheric system. The role of aerosol particles is considered crucial for air quality, meteorological and climatical purpose. Several studies show that the aerosol physical and chemical behaviours affect the atmospheric radiative budget by scaterring and aborbing the radiative fluxes. Moreover, it has also been shown that the physical and chemical description of the aerosol is necessary to give shape to water droplets. Finally, several reports from the World Health Organisation show that the fine aerosol particles can cause major diseases as cancer or pulmonary diseases, and should be now considered as a public health matter. This study takes place in this context, and aims at estimating the radiative feedbacks of urban aerosol on the boundary layer. The CAPITOUL field experiment, which took place in the city of Toulouse during one year from march 2004 to february 2005, is the framework of a modelling study during a 2-day IOP. First, an emission inventory has been set up to reproduce the gaz and particles emissions. Then, a simulation exercise aims at reproduce the aerosol evolution at the fine scale of 500 m, and the very specific spatial distribution at different resolutions. In order to estimate the impact of aerosol particles on radiation, a radiative module has been developped to compute online the aerosol optical properties depending on the complex aerosol physical and chemical parameters. The radiative fluxes are then impacted by the aerosol scaterring and aborbing behaviour, leading to change in the urban dynamics. Those feedbacks on radiative fluxes lead to a change of the boundary layer's temperature. The impacts are also compared to the urban surface impacts.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (156 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 147-156

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 TOU3 0331
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