Modèles de chimie transport et dépôt

Modélisation 3D avec le modèle CHIMERE

 

 

Le modèle de chimie et de transport CHIMERE, co-développé par l’IPSL et l’INERIS, prend en compte les processus d’émissions, de transport, les transformations chimiques, ainsi que le dépôt des espèces gazeuses et des aérosols, afin de calculer leurs champs de concentrations sur des domaines allant de l’échelle urbaine à l’échelle continentale. Il utilise pour cela des données d’entrée pour les émissions, l’utilisation des sols et des champs météorologiques issus d’autres modèles (WRF, ECMWF…). Le modèle CHIMERE a le statut d’outil national (CNRS/INSU) depuis 2007. La coordination de son développement est assuré au Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD). Les codes source du modèle sont en distribution libre (sous licence GNU) sur le site http://www.lmd.polytechnique.fr/chimere/. Au-delà de son utilisation scientifique, le modèle CHIMERE est utilisé pour la prévision opérationnelle de la qualité de l’air dans plusieurs AASQA, à l’échelle nationale dans le cadre du système PREV’AIR à l’INERIS et à l’échelle européenne (projet MACC).

 

Au LISA, le modèle est utilisé pour des travaux d’interprétation de campagnes intensives (projets ESCOMPTE, MEGAPOLI, ChArMEx), pour simuler le transport à longue distance de la pollution photo-oxydante et particulaire (projet OLDAIR, ONCEM),pour simuler des scénarios de réduction d’émissions, enfin pour l’assimilation des données (projet MACC), et pour la modélisation inverse des émissions. Ces travaux impliquent aussi des développements propres, notamment pour l’implémentation d’une chaîne d’assimilation d’observations dans le modèle ou pour le raffinement des schémas chimiques.

 

chimere A chimere B

Concentration d’ozone simulé par le modèle CHIMERE le 20 août 2009. a) simulation de référence b) Analyse. Gaubert et al. (2014)

 

 

Modélisation 3D du cycle des aérosols désertiques : CHIMERE-Dust et RAMS

 

 

Une version distincte du modèle CHIMERE (CHIMERE-Dust) a été développée en collaboration avec le LMD [Menut et al., 2005, 2007 ; Schmechtig et al. soumis]. CHIMERE-Dust est un outil numérique spécifique du cycle des aérosols désertiques, de résolution fine dans le temps (résolution horaire) et en espace (résolution ~dizaines de kilomètres), mais permettant cependant de réaliser des simulations pluriannuelles (~dizaine d’années).

 

L’inclusion du modèle d’émission du LISA et l´utilisation de bases de données des états de surfaces adaptées permettent la simulation « en ligne » des flux d’émission et de la distribution en taille de l’aérosol produit. La prise en compte de la distribution en taille notamment vis-à-vis de la représentation des processus de dépôt a également fait l’objet d’une paramétrisation originale [Forêt et al., 2006]. CHIMERE-Dust nous permet donc d’aborder les termes d’émission, de transport et de dépôt de ces aérosols avec une résolution temporelle adaptée, et d’évaluer leurs impacts aux échelles régionale et continentale. Les travaux les plus récents portent sur une confrontation des simulations avec des images satellitales et des données expérimentales obtenues lors de la campagne AMMA en Afrique de l’Ouest. Dans le cadre du projet CHARMEX du Chantier Méditerranée, un travail sur l’évaluation des flux de dépôt d’aérosols désertiques sur le bassin méditerranéen est initié avec CHIMERE-Dust

 

La confrontation des simulations réalisées avec le modèle CHIMERE-Dust avec des images satellite sur la zone saharo-sahélienne a mis en évidence certaines régions pour lesquelles le modèle sous-estimait fortement les émissions d’aérosols désertiques. C’est par exemple le cas de la dépression de Bodélé dans le nord du Tchad et de la région sahélienne. Afin de comprendre et d’améliorer la représentation du cycle de l’aérosol désertique dans ces régions, nous utilisons un modèle météorologique de méso-échelle, le modèle Regional Atmospheric Modeling Sytem (RAMS, Cotton et al. [2003]), couplé en ligne avec le modèle d’émission du LISA. Le modèle RAMS est modèle météorologique de méso-échelle issu de la collaboration de l’université d’état du Colorado (CSU, Colorado State University) et de la division *Aster du laboratoire MRC (Mission Research Corporation). Ce modèle, librement mis à la disposition de la communauté scientifique (http://www.atmet.com), permet à la fois de modéliser et de prévoir (voir par exemple le site http://rams.metlogic.com/index.shtml) les phénomènes atmosphériques, de l’échelle méso ou inférieure à l’échelle globale. Le couplage avec le modèle d’émission du LISA a été réalisé en collaboration avec le Laboratoire de Météorologie Physique de Clermont-Ferrand et, pour la prise en compte de l’effet radiatif des aérosols désertiques, avec le Laboratoire d’Optique Atmosphérique de Lille. L’utilisation de ce modèle, d’échelle inférieure à celle de CHIMERE-Dust, doit permettre de fournir des méthodes de correction du modèle CHIMERE-Dust.

 

 

Schéma sommaire du modèle RAMS-DPM-GAME

Schéma sommaire du modèle RAMS-DPM-GAME (source : © LISA)