Etude des propriétés optiques et radiatives des aérosols en atmosphère réelle : Impact de l'hygroscopicité

par Maxime Hervo

Thèse de doctorat en Physique de l'atmosphère

Sous la direction de Jean-Claude Roger et de Karine Sellegri.

Soutenue le 13-02-2013

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Laboratoire de météorologie physique (Clermont-Ferrand) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Philippe Goloub.

Le jury était composé de Giovanni Martucci, Marc Mallet.

Les rapporteurs étaient Philippe Goloub, Giovanni Martucci.


  • Résumé

    En atmosphère naturelle, l’eau est l’un des facteurs contribuant fortement à la masse des particules d’aérosol. Ceci va fortement modifier les propriétés optiques et radiatives des aérosols. Cet impact a été calculé à partir de plus de 2 ans de mesures sur le site ACTRIS/GAW du Puy de Dôme (PdD, 1565m). La distribution en taille, l’extinction et l’hygroscopicité mesurées au PdD ont été combinées pour calculer les propriétés optiques et radiatives, sèches ou humides. Pour chaque propriété, le facteur d’accroissement hygroscopique (f) a été estimé à l’aide d’un code de Mie. La longue série temporelle a permis de paramétrer l’évolution en fonction de l’humidité des propriétés optiques de différents types d’aérosols. Pour un aérosol d’origine océanique qui s’est mélangé avec des aérosols anthropiques, le coefficient de diffusion augmente plus de 4.4 fois si il est placé à 90% d’humidité. Le forçage radiatif va évoluer en conséquence et sera 2.8 fois plus élevé à 90% d’humidité que pour une atmosphère sèche (1.8 à humidité ambiante). Cette longue série de mesures a également permis de montrer, pour la première fois à notre connaissance, la forte variation saisonnière de ce paramètre. Ce manuscrit présente également une méthode originale pour calculer la masse d’aérosols volcaniques à partir de mesures LIDAR et in situ. Lors de l’éruption du volcan Islandais Eyjafjalla en Mai 2010, la masse d’aérosols volcaniques au dessus de Clermont a été estimée de 655±23μg.m-3.


  • Résumé

    Water contributes significantly to the aerosol mass under ambient conditions of relative humidities, and thus may significantly impact their optical and radiative properties and direct effect. In the present work, the impact of the aerosol hygroscopicity on its optical properties is evaluated from a set of instrumentation located at the ACTRIS/GAW Puy de Dôme station (PdD, 1465m) over two years of measurements in 2010 and 2011. In situ size distributions, extinction and hygroscopicity measurements are combined to retrieve the aerosol refractive index, both dry and wet. For each optical property the enhancement factor (f) due to hygroscopicity can be computed using Mie calculations. The long data set available enables us to generate parameterisations of optical properties enhancement as a function of relative humidities for different aerosol types. At 90% humidity, fσsca is more than 4.4 for marine aerosol that have mixed with a pollution plume. Consequently, the aerosol radiative forcing is estimated to be 2.80 times higher at RH=90% and 1.75 times higher at ambient RH when hygroscopic growth of the aerosol is considered. For the first time this study highlight the high seasonal variability of this impact. The manuscript also presents an original method of mass inversion for volcanic aerosols with the synergy of in situ and LIDAR measurements. The calculated mass of volcanic particle transported over Clermont during the eruption of Eyjafjalla in May 2010 was up to 655±23μg.m-3.


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