EQUIPE TROPOSPHERE

Composition de l'équipe :


Permanents
: Jean-Pierre CAMMAS, Soline BIELLI, Jérôme BRIOUDE, Valentin DUFLOT, Stéphanie EVAN, Jimmy LECLAIR DE BELLEVUE, Françoise POSNY, Pierre TULET


Etudiants en thèse
: Jonathan DURAND, Hélène VEREMES

    Composition de l'équipe

     

    Permanents : Jean-Pierre CAMMAS, Soline BIELLI, Jérôme BRIOUDE, Valentin DUFLOT, Stéphanie EVAN, Jimmy LECLAIR DE BELLEVUE, Françoise POSNY, Pierre TULET

    Etudiants en thèse : Jonathan DURAND, Hélène VEREMES

     

     

    L'équipe « Troposphère » est structurée autour de deux axes : d'une part la caractérisation des mécanismes et processus de la composition de la haute troposphère tropicale, et d'autre part la compréhension de la physico-chimie de la troposphère.

    Pour ce qui concerne le premier axe, l'objectif visé sera de comprendre et de quantifier les processus qui contrôlent la composition en gaz trace réactifs, en gaz à effet de serre et en aérosols de la moyenne et de la haute troposphère, et plus particulièrement de la région de la TTL (haute troposphère tropicale et transition stratosphérique). L'équipe « Troposphère » dispose pour cela d’un ensemble de données complet autour de l'OPAR (lidar, sondes, FTIR, GPS...). Il s'agira de poursuivre le développement de l'expertise instrumentale dans le cadre des réseaux historiques (NDACC, SHADOZ...), et de mener des analyses croisées pour en extraire une représentation d’ensemble.

    Un des moyens d’analyse pertinent sera de caractériser statistiquement le domaine ou l'empreinte du site par rapport à la circulation générale, et vis-à-vis d'espèces de durées de vie variées, en utilisant des modèles lagrangiens tels que FLEXPART et LACYTRAJ. La mesure simultanée de la vapeur d'eau, de la température, d'aérosols et de cristaux de glace à l’OPAR sera très importante pour comprendre la formation des cirrus et analyser la dynamique au moyen de traceurs de différentes durées de vie.

    Ces observations pourront également être utilisées pour contraindre les paramètres utilisés dans les schémas de microphysique des nuages de glace. L’utilisation de données de télédétection spatiale permettra aussi d’étendre l’analyse des mesures faites à La Réunion dans un cadre régional. Il s’agit des données telles que celles disponibles avec les capteurs spatiaux comme TRMM et Megha-Tropiques (convection et précipitation) et IASI, AIRS, MLS, OMI, CALIPSO, ADM-AEOLUS, EARTH-CARE (gaz trace réactifs, aérosols et cirrus). L'équipe souhaite documenter l’impact des mécanismes troposphériques de transport sur la composition de la haute troposphère tropicale.

    Compte tenu du spectre des échelles impliquées (convection profonde locale, dynamique méso-échelle et synoptique des courant-jet et cyclones tropicaux, circulation de grande échelle et inter-hémisphérique), la méthodologie s’appuiera sur une série de trois modèles numériques (méso-échelle, canal tropical, et échelle globale climatique) et de schémas novateurs de la représentation des processus micro-physiques et physico-chimiques sous-maille notamment portés par l'équipe « Cyclones ».

    La distribution de la vapeur d’eau à des échelles régionales et diurnes tirera profit du développement du réseau de stations GPS sur l’île de la Réunion et des mesures de profils verticaux effectuées en routine par radiosondage et lidar Raman. Le transport convectif vers la troposphère libre et la TTL sera modélisé à l’aide de FLEXPART couplé à différents modèles méso-échelle et comparé à des campagnes d'observations.

     

     

     

     

    Schéma décrivant les processus importants qui couplent la dynamique, la chimie et la micro-physique des nuages dans la région UTLS. La ligne verte pointillés représente la tropopause moyenne. Aux tropiques, le maximum d’évacuation de masse de la convection profonde a lieu entre 12 et 24 km approximativement, tandis que le point froid de la tropopause a lieu vers 17 km d’altitude. La région qui correspond à des caractéristiques intermédiaires entre la troposphère et la stratosphère et s’appelle la TTL (Tropical Transition Layer). Les intrusions stratosphériques liées à la dynamique des courant-jets subtropicaux (STJ) ont lieu dans des repliements de la tropopause (foliations de tropopause). Le transport au-dessus du courant-jet subtropical couple la TTL et la basse stratosphère extra-tropicale. La convection profonde tropicale amène rapidement les émissions (gaz et aérosols) de surface dans la TTL ou elles pourront alors interagir fortement sur la chimie à l’échelle globale. La génération d’onde de gravité et le déferlement des ondes synoptiques contribuent aussi au mélange des espèces chimiques dans la zone de l’UTLS. (NCAR Atmospheric Chemistry Division).

     

     

     

    Rapport vertical de mélange de vapeur d’eau (g/kg) obtenu le 8/04/2013 à l’Observatoire du Maïdo par le lidar Raman vapeur d’eau (noir), et deux types de radiosonde (Vaïsala RS92 en vert, et Modem M10 en rouge). Données préliminaires. Sur cette figure le profil lidar a été calibré avec la radiosonde Vaisala RS92.

     

     

     

    A gauche : Distribution horizontale (a) et altitude (b) des panaches de feux entre le 14 et le 16 septembre 2009 modélisées au moyen de 7 jours de rétrotrajectoires GIRAFE (FLEXPART-MODIS). Les points noirs sont les feux détectés par MODIS et les croix indiquent l'emplacement du Marion Dufresne le 14 et le 16 septembre 2009 ([31°S,69°E] et [24°S,59°E]). A droite : Comparaison des coupes verticales du signal rétro-diffusé (en km-1sr-1) observé par le lidar spatial CALISPO (en haut) et simulé (en bas) au-dessus du bassin méditerranéen et de l’Italie le 28 mai à 01 UTC avec celles simulées par MesoNH/ORILAM (campagne EUCAARI)

     

     

     

    Comparaison des coupes verticales du signal rétro-diffusé (en km-1sr-1) observé par le lidar spatial CALISPO (en haut) et simulé (en bas) au-dessus du bassin méditerranéen et de l’Italie le 28 mai à 01 UTC avec celles simulées par MesoNH/ORILAM (campagne EUCAARI)

     

    Pour le second axe, l'équipe « Troposphère » vise la documentation des propriétés physico-chimiques de la basse et moyenne troposphère de l'océan Indien. L'objectif est de combiner des approches de modélisation numérique avec l'observation spatiale (CALIPSO, CLOUDSAT, AURA , AQUA, IASI...) et la mesure des gaz et des aérosols à l'observatoire du Maïdo. Pour cela, l'observatoire du Maïdo s'est doté en 2013, d'une veine de prélèvement adaptée au milieu nuageux (mesure de l'aérosol inclus dans les gouttes de nuages et de l'aérosol interstitiel). Un compteur de particules (CPC) fonctionne en permanence, ainsi qu'une analyse chimique sur filtres qui est analysé par le LSCE. Ce système de mesure est appelé à s'étendre en 2014 puisque un compteur CCN, des granulomètres DMPS et OPC ainsi que la mesure des propriétés optiques (éthalomètre et néphélomètre) sont prévus en collaboration avec le LaMP (K. Sellegri), le LSCE (J. Sciare) et le CNRM/GAME (G. Roberts, T. Bourrianne).

    Ces observations viendront compléter les dispositifs de télédétection par lidar et GPS (aérosols, O3, vapeur d'eau) de l'OPAR. Les émissions et la distribution des halogènes réactifs et des aérosols marins seront également abordées, au moyen d'un système de prélèvement au Maïdo en coopération avec l'équipe GMD de la NOAA, et en déployant un Max-DOAS de l'IASB pour mesurer des composés inorganiques tels que BrO, IO, OIO, I2, and ClO. Les champs de OH nécessaire à la représentation de la chimie des composés organiques seront extraits d’un modèle global tel que CIFS, MOZART ou MACC. La modélisation inverse sera basée sur un ensemble de champs météorologiques (global ou méso-échelle) et couplé à un modèle océanique tel que NEMO. Plus localement, des études sur les distributions tridimensionnelles et les advections locales de vapeur d’eau se développeront avec les applications de tomographie de la vapeur d’eau sur le réseau GPS.

    Les recherches sur les panaches volcaniques vont se poursuivre au sein de l'OSU-R. Les objectifs principaux sont de modéliser les processus éruptifs de surface, les rejets chimiques et thermodynamiques associés et le vieillissement physico-chimiques des panaches volcaniques. A terme, l'idée est de proposer des paramétrisations adaptées aux panaches volcaniques pour représenter la convection (injection verticale des polluants volcaniques) et les divers processus de transformation et de dépôts des polluants gazeux et aérosols constituants les panaches.

    Un deuxième volet, plus local, concerne la mise en place d'études numériques permettant d'établir les paramètres clefs à identifier pour la mise en place d'un système d'alerte sanitaire liée aux éruptions volcaniques. La modélisation en phase hétérogène du soufre volcanique correspond au développement numérique des interactions gaz-aérosols-nuages que le LACy porte avec le LA.


     

    Carte de sensibilité moyenne en 2012 aux émissions de surface pour des mesures faites à l’observatoire du Maïdo basée sur des rétrotrajectoires de 15 jours à l’aide du modèle Lagrangien FLEXPART basés sur les analyses du modèle NCEP/GFS à une résolution de 0.5x0.5 degrés.

     

     

     

     

    Simulation idéalisés couplées ForeFire/lava avec MesoNH. Le flux de chaleur sensible associés à la lave va forcer le transport convectif des polluants émis par l'éruption et largement contribuer à la distribution du soufre sur l'île de La Réunion.

     

     

     

    PUBLICATIONS MAJEURES (2008-2013)

     

    1. Hoareau, C., P.  Keckhut, V. Noel, H. Chepfer and J.-L. Baray : A decadal cirrus clouds climatology from ground-based and spaceborne lidars above south of France (43.9° N–5.7° E), Atmos. Chem. Phys., accepté, 2013.

    2. Kocha, C., P. Tulet, J.-P.Lafore and C. Flamant, 2013. The importance of the diurnal cycle of aerosol optical thickness in West Africa, Geophys. Res. Lett.DOI: 10.1002/grl.50143, accepté.

    3. Schepanski, K., C. Flamant, J.-P. Chaboureau, C. Kocha, C. Lavaysse, J. Pelon, F. Marnas, P. Tulet and P. Knippertz, 2013. RAIN4DUST: An airborne study on the characterisa on of dust emission from alluvial sources. Accepted to J. Geophys. Res.

    4. Aouizerats, B., P. Tulet and L. Gomes, 2012. 3D direct impacts of urban aerosols on dynamics during the CAPITOUL field experiment, Geophys. Res. Lett., 39, L23807, doi:10.1029/2012GL053781.

    5. Baray, J.-L., V. Duflot, F. Posny, J.-P. Cammas, A. M. Thompson, F. Gabarrot, J.-L. Bonne and G. Zeng, 2012. One year ozonesonde measurements at Kerguelen Island (49.2°S, 70.1°E): Influence of stratosphere-to-troposphere exchange and long-range transport of biomass burning plumes, J. Geophys. Res., 117, D06305, doi:10.1029/2011JD016717.

    6. Bègue, N., P. Tulet, J.-P. Chaboureau, G. Roberts, L. Gomes and M. Mallet, 2012. Long-range transport of Saharan dust over northwestern Europe during EUCAARI 2008 campaign: Evolution of dust optical properties by scavenging, J. Geophys. Res., 117, D17201, doi:10.1029/2012JD017611.

    7. Hoareau, C., P. Keckhut, J.-L Baray, L. Robert, Y. Courcoux, J. Porteneuve, H. Vömel and B. Morel, 2012. A Raman lidar at La Reunion (20.8° S, 55.5° E) for monitoring water vapour and cirrus distributions in the subtropical upper troposphere: preliminary analyses and description of a future system, Atmos. Meas. Tech., 5, 1333-1348, doi:10.5194/amt-5-1333-2012.

    8. Kocha, C., J.-P. Lafore, P. Tulet and Y. Seity, 2012. High-resolution simulation of a major West African dust-storm: comparison with observations and investigation of dust impact. Q.J.R. Meteorol. Soc., 138: 455–470. doi: 10.1002/qj.927.

    9. Mokhtari, M., L. Gomes, P. Tulet and T. Rezoug, 2012. Importance of the surface size distribution of erodible material: an improvement on the Dust Entrainment And Deposition (DEAD) Model, Geosci. Model Dev., 5, 581-598, doi:10.5194/gmd-5-581-2012.

    10. Thompson, A. M., S. K. Miller, S. Tilmes, D. W. Kollonige, J. C. Witte, S. J. Oltmans, B. J. Johnson, M. Fujiwara, F. J. Schmidlin, G. J. R. Coetzee, N. Komala, M. Maata, M. Mohamad, J. Nguyo, C. Mutai, S-Y. Ogino, F. R. Da Silva, N. M. Paes Leme, F. Posny, R. Scheele, H. B. Selkirk, M. Shiotani, R. Stübi, G. Levrat, B. Calpini, V. Thouret, H. Tsuruta, J. Valverde Canossa, H. Vömel, S. Yonemura, J. A. Diaz, N. T. Tan Thanh and H. T. Thuy Ha, 2012. Southern Hemisphere Additional Ozonesondes (SHADOZ) ozone climatology (2005-2009). Tropospheric and tropical tropopause layer (TTL) profiles with comparisons to OMI-based ozone products, Journal of Geophysical Research, 117, D23301, 27 pp., doi:10.1029/2011JD016911.

    11. Aouizerats, B., P. Tulet, G. Pigeon, V. Masson and L. Gomes, 2011. High resolution modelling of aerosol dispersion regimes during the CAPITOUL field experiment: from regional to local scale interactions, Atmos. Chem. Phys., 11, 7547-7560, doi:10.5194/acp-11-7547-2011.

    12. Crumeyrolle, S., P. Tulet, L. Gomes, L. Garcia-Carreras, C. Flamant, D. J. Parker, A. Matsuki, P. Formenti and A. Schwarzenboeck, 2011. Transport of dust particles from the Bodélé region to the monsoon layer – AMMA case study of the 9–14 June 2006 period, Atmos. Chem. Phys., 11, 479-494, doi:10.5194/acp-11-479-2011.

    13. Duflot, V., P. Royer, P. Chazette, J.-L. Baray, Y. Courcoux and R. Delmas, 2011. Marine and biomass burning aerosols in the southern Indian Ocean: Retrieval of aerosol optical properties from shipborne lidar and Sun photometer measurements, J. Geophys. Res., 116, D18208, doi:10.1029/2011JD015839.

    14. Gheusi, F., F. Ravetta, H. Delbarre, C. Tsamalis, A. Chevalier-Rosso, C. Leroy, P. Augustin, R. Delmas, G. Ancellet, G. Athier, P. Bouchou, B. Campistron, J.-M. Cousin, M. Fourmentin and Y. Meyerfeld, 2011. Pic 2005, a field campaign to investigate low-tropospheric ozone variability in the Pyrenees, Atmospheric Research, 101, 3, 640–665.

    15. Kocha, C., J.-P. Lafore, P. Tulet and Y. Seity, 2011. High-resolution simulation of a major West African dust-storm: comparison with observations and investigation of dust impact, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, vol. 138, issue 663, pp. 455-470.

    16. Lesouëf, D., F. Gheusi, R. Delmas and J. Escobar, 2011. Numerical simulations of local circulations and pollution transport over Reunion Island, Ann. Geophys., 29, 53-69, doi:10.5194/angeo-29-53-2011.

    17. Tulet, P. and N. Villeneuve, 2011. Large scale modeling of the transport, chemical transformation and mass budget of the sulfur emitted during the April 2007 eruption of Piton de la Fournaise, Atmos. Chem. Phys., 11, 4533-4546, doi:10.5194/acp-11-4533-2011.

    18. Aouizerats, B., O.Thouron, P. Tulet, M. Mallet, L. Gomes and J. S. Henzing, 2010. Development of an online radiative module for the computation of aerosol optical properties in 3-D atmospheric models: validation during the EUCAARI campaign, Geosci. Model Dev., 3, 553-564, doi:10.5194/gmd-3-553-2010.

    19. Clain, G., J.-L. Baray, R. Delmas, P. Keckhut and J.-P. Cammas, 2010. A lagrangian approach to analyse the tropospheric ozone climatology in the tropics: Climatology of stratosphere–troposphere exchange at Reunion Island, Atmospheric Environment, 44, 968-975.

    20. Duflot, V., B. Dils, J.-L. Baray, M. De Mazière, J.-L. Attié, G. Vanhaelewyn, C. Senten, C. Vigouroux, G. Clain and R. Delmas, 2010. Analysis of the origin of the distribution of CO in the subtropical southern Indian Ocean in 2007, J. Geophys. Res., 115, D22106, doi:10.1029/2010JD013994.

    21. Tulet, P., K. Crahan-Kaku, M. Leriche and B. Aouizerats, 2010. Mixing of dust aerosols into a mesoscale convective system. Generation, filtering and possible feedbacks on ice anvils, Atmos. Res., 96, 302-314 doi:10.1016/j.atmosres.2009.09.011.

    22. Bou Karam, D., C. Flamant, P. Tulet, J.-P. Chaboureau, A. Dabas and M. C. Todd, 2009. Estimate of Sahelian dust emissions in the intertropical discontinuity region of the West African Monsoon, J. Geophys. Res., 114, D13106, doi:10.1029/2008JD011444.

    23. Bou Karam, D., C. Flamant, P. Tulet, M. C. Todd, J. Pelon and W. Earle, 2009. Dry cyclogenesis and dust mobilization in the Inter Tropical Discontinuity of the West African Monsoon: a case study. J. Geophys. Res., 114. D05115.

    24. Clain, G., J.-L.Baray, R. Delmas, R. Diab, J. Leclair de Bellevue, P. Keckhut, F. Posny, J.-M. Metzger and J. P. Cammas, 2009. Tropospheric ozone climatology at two Southern Hemisphere tropical/subtropical sites, (Reunion Island and Irene, South Africa) from ozonesondes, LIDAR, and in situ aircraft measurements, Atmos. Chem. Phys., 9, 1723-1734, doi:10.5194/acp-9-1723-2009.

    25. Dzepina, K., R. M.Volkamer, S. Madronich, P. Tulet, I. M. Ulbrich, Q. Zhang, C. D. Cappa, P. J. Ziemann and J. L. Jimenez, 2009. Evaluation of recently-proposed secondary organic aerosol models for a case study in Mexico City, Atmos. Chem. Phys., 9, 5681-5709, doi:10.5194/acp-9-5681-2009.

    26. Mallet, M., P. Tulet, D.Serça, F. Solmon, O. Dubovik, J. Pelon, V. Pont and O. Thouron, 2009. Impact of dust aerosols on the radiative budget, surface heat fluxes, heating rate profiles and convective activity over West

    27. Van Gijsel J. A. E., D. P. J. Swart, J.-L. Baray, H. Claude, T. Fehr, P. Von Der Gathen, S. Godin-Beekmann, G. H. Hansen, T. Leblanc, I. S. McDermid, Y. J. Meijer, H. Nakane, E. J. Quel, W. Steinbrecht, K. B. Strawbridge, B. Tatarov and E. A. Wolfram, 2009. Global validation of ENVISAT ozone profiles using lidar measurements, International Journal of Remote Sensing, 30, 15-16.

    28. Guérin, F., G. Abril, A. Tremblay and R. Delmas, 2008. Nitrous oxide emissions from tropical hydroelectric reservoirs, Geophys. Res. Lett., 35, L06404, doi:10.1029/2007GL033057.

    29. Nassar, R., J. A. Logan, H. M. Worden, I. A. Megretskaia, K. W. Bowman, G. B. Osterman, A. M. Thompson, D. W. Tarasick, S. Austin, H. Claude, M. K. Dubey, W. K. Hocking, B. J. Johnson, E. Joseph, J. Merrill, G. Morris, M. Newchurch, S. J. Oltmans, F. Posny, F. J. Schmidlin, H. Vomel, D. N. Whiteman and J. C. Witte, 2008. Validation of Tropospheric Emission Spectrometer (TES) Nadir Ozone Profiles Using, Ozonesonde Measurements, J. Geophys. Res., 113, D15S17, doi:10.1029/2007JD008819.