L'ammoniac dérivé des observations satellitaires IASI pour l'étude des changements d’utilisation des sols, les échanges sol-atmosphère, et l'effet de la météorologie

IASI ammonia observations to study land-use change, soil-atmosphere exchange and the effect of meteorology

• Auteur / Autrice : Rimal Abeed
• Direction : Cathy Clerbaux, Sarah Safieddine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation, télédétection, observation et techniques spatiales pour l'océan, l'atmosphère et le climat
• Date : Soutenance le 20/04/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Atmosphères, observations spatiales (Guyancourt, Yvelines ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Payan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Hauglustaine, Gaëlle Dufour, Martin Van Damme, Jeffrey Geddes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eloise Marais, Jean-François Müller

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ammoniac

Azote en agriculture

Interaction sol-atmosphère

Satellites artificiels en télédétection

Mots clés libres

Ammoniac

Télédetection

Météorologie

IASI

Ammonia

Remote sensing

Meteorology

IASI

Résumé

L'ammoniac (NH3) est la forme d'azote utilisable la plus abondante dans l'environnement et l'un des gaz principaux émis par l'agriculture. Le NH3 contribue largement à la perte de biodiversité, aux épisodes de pollution par les particules fines (PM2.5) et à l'acidification des surfaces d'eau et des sols. Des études antérieures ont montré que les émissions d'ammoniac provenant de l'intensification de l'agriculture sont en augmentation constante, par rapport à l'époque préindustrielle. On s'attend à ce que le réchauffement climatique augmente les émissions d'ammoniac, en particulier sous le stress de l'augmentation de la population et de la demande alimentaire. Dans ma thèse, j'étudie l'évolution temporelle et spatiale de l'ammoniac dans les régions agricoles du monde entier, mesurée par IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer). Les instruments de la série IASI ont été lancés à bord des satellites Metop en 2007, 2013 et 2018 sur MetopA, B et C respectivement. J'étudie d'abord l'effet des fluctuations météorologiques sur les concentrations atmosphériques IASI-NH3 provenant des pratiques agricoles. Je me concentre ensuite sur l'échange sol - atmosphère en dérivant un facteur d'émission de NH3 du sol, en concentrant sur les sols agricoles en Europe, et pendant la saison de croissance agricole. Pour réaliser mes études, j'utilise divers ensembles de données : des données météorologiques provenant de la réanalyse (ERA5) de EUropean Organisation for the Exploitation of METeorological SATellites (ECMWF), la couverture terrestre et la surface brûlée provenant du moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), et des données de simulation de modèle provenant du modèle de transport chimique GEOS-Chem. Enfin, j'étudie l'effet du changement d'utilisation/couverture des terres sur l'ammoniac atmosphérique, avec l'effet de la météorologie dans les régions en conflit. Pour cela, je regarde la guerre civile syrienne, et je relie le cours politique des événements avec les fluctuations de l'ammoniac atmosphérique dans des régions clés de la Syrie.

Ammonia (NH3) is the most abundant usable form of nitrogen in the environment, and one of the main gases emitted from agriculture. NH3 contributes largely to the loss in biodiversity, fine particulate matter (PM2.5) pollution episodes, and acidification of the water and soil bodies. Previous studies have shown that emissions of ammonia from agricultural intensification are constantly increasing, compared to pre-industrial times. Climate warming is expecting to enhance ammonia emissions, especially under the stress of increasing population, and food demand. In my thesis I study the temporal and spatial evolution of ammonia in agricultural regions around the globe as measured by IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer). The IASI series of instruments were launched aboard the Metop satellites in 2007, 2013 and 2018 on MetopA, B and C respectively. I first study the effect of meteorological fluctuations on atmospheric IASI-NH3 concentrations from agricultural practices. I then focus on the soil – atmosphere exchange by deriving NH3 soil emission factor, with an emphasis on agricultural soils in Europe, and during the growing season. To perform my studies, I use a variety of datasets: meteorological data from the EUropean Organisation for the Exploitation of METeorological SATellites (ECMWF) reanalysis (ERA5), land cover type and burned area from the moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), and model simulation data from the chemical transport model GEOS-Chem. Finally, I study the effect of land-use/cover change on atmospheric ammonia, coupled with the effect of meteorology in regions of conflict. For this, I look at the Syrian civil war, and I link the political course of events with the fluctuations in atmospheric ammonia in key regions in Syria.