ASTRID - Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense

Modélisation des aérosols désertiques : Evaluation des Performances et de la Sensibilité – DRUMS

Modélisation des aérosols désertiques : Evaluation des Performances et de la Sensibilité

L'objectif de ce projet est le développement d'un modèle régional qui simule de façon fiable cycle des aérosols désertiques à des échelles de temps allant d'évènements de quelques jours à des périodes pluri-annuelles pour des activités de recherche et des activités plus appliquées.

Developpement d'un modèle régional du cycle des aérosol désertiques testé et validé.

Les principales étapes du projet sont (i) le développement d'un modèle régional comportant des paramétrisations spécifiques des émissions, du transport et du dépôt des aérosols désertiques sur la base du modèle météorologique WRF (Weather Research and Forecast model); (ii) l'évaluation de la qualité des simulations régionales réalisées avec cet outil et the (iii) l'évaluation de la sensibilité des simulations aux principaux forçages de ces simulations : les champs météorologiques et les propriétés de surface en régions sources. Ce modèle servira de base au développement d'une plateforme de modélisation et de prévision des aérosols désertiques utilisable et commercialisable par la société Numtech.

Pour estimer les performances et la sensibilité des simulations réalisées avec le modèle régional, le domaine de simulation (45°N-0°N; 45°W-55°E) sera centré sur le nord de l'Afrique, où les émissions d'aérosols désertiques sont les plus intenses au monde, et où ces émissions peuvent être simulées avec la base de données de propriétés de surface offrant le meilleur niveau de confiance dans la communauté scientifique.
L'étude de sensibilité au forçage météorologique sera basée sur des comparaisons de simulations réalisées avec différents «produits« météorologiques fournis par les centre de prévision européens et américains pour les années 2006 à 2008 avec une résolution spatiale de l'ordre de 1°×1°. Les champs météorologiques initiaux seront régionalisés à des résolutions de 0.5°×0.5° et 0.25°×0.25° avec le modèle WRF. La sensibilité aux propriétés de surface et à leur résolution spatiale sera également quantifiée.
Une base de données de validation spécifique sera établie en compilant l'ensemble des données acquises au cours des campagnes de mesures récentes réalisées sur le Nord de l'Afrique (AMMA, SAMUM-1, DODO), par des dispositifs de suivi à long-terme en Afrique de l'Ouest et en Méditerannée (AERONET, Sahelian Dust Transect, DEMO deposition network) et des produits satellites récents renseignant la charge atmosphérique en aérosols et leur distribution verticale (Epaisseur optique en aérosols MODIS visible et «deep blue«, PARASOL, profils verticaux CALIPSO). Le niveau d'accord avec les observations sera quantifié en utilisant des indicateurs adaptés de ceux utilisés pour qualifier les modèles de qualité de l'air.

Le résultat final de ce projet sera un modèle régional du cycle des aérosols désertiques optimisé et qualifié qui constituera la base d'une plateforme opérationnelle de modélisation et de distribuée par NUMTECH pour des applications/clients dans le domaine civil et militaire à travers le monde.

Ce projet fournira également une évaluation complète et objective des principaux biais et limitations des modèles d'aérosols désertiques régionaux, qui permettra de définir de nouvelles voies d'amélioration de ces modèles.

Projet en cours, pas encore de production scientifique ou de brevet.

L'objectif de ce projet est de développer, en vue de son application dans un contexte académique et commercial, un modèle régional d'aérosols désertiques qui simule de façon fiable l'ensemble du cycle de ces aérosols à des échelles temporelles allant de l'échelle évènementielle à l'échelle pluriannuelle.
Les principales étapes de ce projet sont (i) le développement d'un modèle régional d'aérosols désertiques basé sur un modèle météorologique régional, le modèle Weather Research and Forecast (WRF), dans lequel seront implantées en ligne des paramétrisations spécifiques des émissions, du transport et du dépôt des aérosols désertiques, (ii) l'évaluation de la qualité des simulations produites avec cet outil et (iii) l'évaluation de leur sensibilité à deux principaux forçages : le forçage météorologique et les propriétés de surface (rugosité, type de sol…) des zones sources. Ce modèle servira de base pour le développement d'une plateforme de modélisation et de prévision dédiée aux aérosols désertiques utilisée et distribuée par la société NUMTECH.
L'estimation des performances du modèle et l'étude de sensibilité sera réalisée sur un domaine de simulation (45°N-0°N; 45°W-55°E) centré sur le nord de l'Afrique, région où les émissions de poussières sont les plus importantes au monde. C’est aussi pour cette zone que nous disposons de la base de données d'états de surface la plus appropriée. L'étude de sensibilité au forçage météorologique sera basée sur les produits fournis pas les centres météorologiques américain et européen pour les années 2006 à 2008 avec une résolution spatiale de l'ordre de 1°×1°. Un downscaling de ces champs météorologiques sera réalisé aux résolutions spatiales 0.5°×0.5° and 0.25°×0.25° avec le modèle WRF. L'étude de sensibilité aux propriétés de surface en zone source portera sur l'impact de la résolution spatiale des données d'entrée sur la qualité des simulations.
Un ensemble de données de validation spécifique sera développé en rassemblant et en synthétisant (i) les données acquises au cours des campagnes de terrain récemment menées en Afrique du Nord et de l'Ouest (AMMA, SAMUM-1, DODO), (ii) des mesures d'aérosols à long et moyen termes obtenues en Afrique de l'Ouest et sur la Méditerrannée (AERONET, Sahelian Dust Transect, réseau de dépôt DEMO) et (iii) des produits satellites récents renseignant la charge atmosphérique en aérosol et leur distribution verticale (épaisseurs optiques en aérosol des capteurs MODIS et PARASOL, profils verticaux CALIPSO). Le niveau d'accord avec les observations sera quantifié par des indicateurs statistiques adaptés de ceux utilisés classiquement pour qualifier les modèles de qualité de l'air.
L'intérêt principal de ce projet est le développement et l'optimisation d'un modèle régional décrivant l’émission, le transport et le dépôt des poussières. Ce modèle constituera une base validée pour la mise en oeuvre d'une plateforme opérationnelle distribuée par NUMTECH pour des objectifs et/ou clients dans les domaines civil et militaire. Ce projet fournira également une évaluation objective et complète des biais et des limitations actuels des modèles régionaux d'aérosols désertiques, ce qui permettra de définir des voies d’améliorations de ces modèles.

Coordinateur du projet

Madame Béatrice MARTICORENA (Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques) – Beatrice.Marticorena@lisa.univ-paris12.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Numtech Numtech
LISA Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques

Aide de l'ANR 285 823 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2013 - 36 Mois

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