Impact des aérosols sur le cycle de vie du brouillard : de l'observation à la modélisation

Influence of aerosols on the life cycle of fog : from observation to modelling

• Auteur / Autrice : Jérôme Rangognio
• Direction : Thierry Bergot, Pierre Tulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation (météorologie)

Brouillard

Pollution atmosphérique

Aérosols atmosphériques

Mots clés libres

Aérosols

Simulation

Brouillard radiatif

Noyaux de condensation

Activation

Modélisation

Campagne de mesures

Gouttelettes

Résumé

Le rôle des particules atmosphériques dans la formation des gouttelettes nuageuses a fait l'objet de nombreux travaux, du point de vue expérimental comme numérique. Ce travail s'intéresse au brouillard radiatif. La particularité de ce type de nuage est qu'il se forme dans les basses couches de l'atmosphère, directement en contact avec la surface, là où les concentrations en particules d'aérosols sont les plus élevées. Pour comprendre l'impact de ces particules d'aérosols sur le cycle de vie du brouillard, deux campagnes de mesures ParisFOG et ToulouseFOG ont été réalisées. Après un état de l'art général sur les caractéristiques des aérosols atmosphériques, plusieurs cas de brouillards radiatifs sont présentés, en insistant plus particulièrement sur les propriétés des aérosols et des gouttelettes nuageuses mesurées au cours de ces deux campagnes de mesures. Il apparaît en général très difficile de mettre en avant des interprétations physiques basées uniquement sur les observations. Pour répondre à cette problématique, des simulations numériques 1-D ont été réalisées en utilisant le modèle météorologique Méso-NH, incluant le module d'aérosol ORILAM couplé à un schéma microphysique nuageux à deux-moments. Le schéma d'activation des aérosols est basé sur les travaux d'Abdul-Razzak (2004() Ce schéma permet de prendre en compte la nature chimique et la granulométrie des particules d'aérosols observées. Dans cette approche, la nécessité d'une démarche conjointe entre l'observation et la modélisation numérique est clairement apparue. Des études "off-line" de sensibilité de l'activation des CCN (Cloud Condensation Nuclei) à la concentration en nombre, la taille et la composition chimique des aérosols ont été réalisées en utilisant seulement le schéma d'activation d'Abdul-Razzak (2004). Les interactions avec les autres processus physiques n'ont pas été pris en compte pour ces études "off-line". Différents régimes de l'activation des CCN et une valeur critique de la concentration en nombre d'aérosols ont été mis en évidence. Ce nombre critique d'aérosols correspond au maximum de gouttelettes formées pour un taux de refroidissement et une composition chimique de l'aérosol donnés. . .

The role of the atmospheric particles in cloud droplets formation was the object of numerous works, the point of view experimental as numerical. This work is interested in the radiation fog. One of the particularities of radiation fog is its development within the surface boundary layer, directly in contact with the ground, where aerosols concentrations are the highest. To understand the influence of these particles on the fog life cycle, two fields experiments ParisFOG and ToulouseFOG were realized. After a state of general art on the characteristics of the atmospheric particles, several cases of radiation fogs are presented, by insisting more particularly on the properties of aerosols and cloud droplets measured during these two fields experiments. It seems generally very difficult to feature the physical explications based only on the observations. To achieve this objective, a series of 1D simulations were preformed with the Meso-NH numerical mesoscale model, in which the ORILAM aerosol scheme was coupled with the two-moment microphysical scheme. The activation scheme used was taken from the work of Abdul-Razzak (2004). This parameterization allows to take into account the observed aerosol chemical composition and size distribution. In this approach, the necessity of a joint initiative between the observation and the modelling is clearly appeared. "Off-line" sensitivity analyses of CCN (Cloud Condensation Nuclei) were performed on number, median diameter and chemical compounds of aerosols using only the activation scheme of Abdul-Razzak (2004). During this "off-line" study, the interactions with the other physical processes were not taken into account. Different regimes of CCN activation and a critical value of aerosol number concentration were found. This critical aerosol number corresponds to the maximum of activated cloud droplets for a given cooling rate and given aerosol chemical properties. 1D simulations successfully reproduced the observed temporal evolution of the fog layer during an intensive observation period of the field experiment ParisFOG. . .