Aérosols dans l'Arctique européen : sources, transformations et propriétés optiques

• Auteur / Autrice : Vincent Ricard
• Direction : Michel Legrand, Jean-Luc Jaffrezo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (Grenoble ; 1958-2016)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Baussand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Laj
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gilles Bergametti, Christian George

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés optiques

Suie

Propriétés physico-chimiques

Aérosols

Arctique

Aérosols atmosphériques

Mots clés libres

Aérosols

Arctique

Aérosol carboné

European Arctic

Aerosol Study

Résumé

L'amplitude du forçage radiatif direct par les aérosols dépend d'un grand nombre de facteurs, incluant entre autre leur nature chimique, leurs variations de concentrations temporelles et spatiales, et leur distribution en taille. Les grandes hétérogénéités de ces différents paramètres rendent les études de modélisation de l'impact radiatif délicates. Ces difficultés sont accentuées aux hautes latitudes, avec conditions environnementales particulières et un manque de données d'observation, alors même que les changements climatiques potentiels sont renforcés dans l'Arctique par certains effets de rétroactions, incluant par exemple les changements d'albédo résultants de la fonte des glaces polaires. Dans ce cadre, le programme EAAS (European Arctic Aerosol Study) avait pour objectif l'étude des propriétés physico-chimiques et optiques des aérosols dans l'Arctique européen afin d'en évaluer le forçage radiatif à l'échelle régionale. Cette étude s'est déroulée à Sevettijärvi (69°35' N. , 28°50' E. , 130 m au-dessus du niveau des mers), en Laponie finlandaise, de Juillet 1997 à Juin 1999. En vue de l'évaluation du forçage radiatif, nous nous sommes ainsi intéressés à la charge des différentes composantes de l'aérosol dans la basse troposphère en prenant en compte l'aérosol carboné (carbone suie et matière organique particulaire) afin de proposer un bilan de masse le plus précis possible. Nous avons ensuite, à des périodes clés de l'année, étudié plus en détail les distributions en taille des composantes de l'aérosol selon le type de masse d'air rencontré. Certaines espèces chimiques présentes au sein de l'aérosol étant issues de précurseurs gazeux, les échanges et les équilibres entre ces deux phases ont été étudiés. Un intérêt particulier a été porté à l'influence de la vapeur d'eau sur les distributions en taille des composantes particulaires. Enfin, nous avons introduit les propriétés optiques des aérosols et les paramètres importants pour une modélisation précise du forçage radiatif à l'échelle régionale

Direct aerosol radiative forcing is modulated by many factors, including the chemical nature of the components and their size distribution, and the variability of concentrations with time and space. Estimation of the forcing is therefore difficult, particularly in the high latitudes where few field data are available while the environmental conditions are significantly different from that in other regions. Further, the high northern latitudes are very sensitive to climate change, with potentially several positive feedback loops in the climate system, including the change in surface albedo related to the decrease of surfaces covered with snow and ice. In this context, the EAAS program (European Arctic Aerosol Study) has been devoted to the study of aerosol physical, chemical and optical properties in order to model radiative forcing at regional scale. This study took place at Sevettijärvi (69°35' N. , 28°50' E. , 130 m asl), Finnish Lapland, from July 1997 to June 1999. In order to evaluate radiative forcing, we focused on lower tropospheric burden of aerosol components, taking into account carbonaceous species (black carbon and particulate organic matter) for drawing a more accurate aerosol mass balance depending on seasons and type of air masses. At key seasons, we studied more precisely the size distribution of the chemical constituents depending on the air mass origin. Since many chemical species in the particulate phase originate from gaseous precursors, exchanges and equilibriums on these two phases have been studied. The emphasis has been put on water vapour influence on particulate components size distributions. Finally, we introduced aerosol optical properties and important parameters for a more accurate modelling of the radiative forcing at a regional scale