Modélisation multi-échelle de la dynamique des panaches d'aérosols naturels en Afrique

The aim of this study was to document as precisely as possible the mass balance of desert dust, which is a major actor in the Earth's climate system as its annual mass flux is about half of the total aerosol annual flux. Recent studies revealed some cases difficult to model so that, in this work, we chose to focus on two key issues of North Africa: the Bodélé region, due to its complex local topography, and Sahelian tropical squall lines, the interactions of which with mineral dust remain largely unknown.This study was conducted at high mesoscale resolution using the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) coupled online with the Dust Production Model (DPM) developed by Marticorena and Bergametti [1995] and Laurent [2005]. In order to test the ability of this model to retrieve dust emissions in the complex area of the Bodélé, we first modelled the period corresponding to the Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Our model was able to reproduce the local meteorological features (mainly low level winds) and also the mineral dust concentrations and the structure of the plume observed during the experiment. Furthermore, we verified that mineral dust emitted from this region of the world reaches the South American continent.In addition, during this validation, we checked a modelling problem reported by several authors: General Circulation Models (GCMs) often fail when trying to represent wind fields in the Bodélé depression. Then, we undertook a climate study (on year 2001) over an extended area around the Bodélé region at several horizontal resolutions in order to characterize the low level phenomena that could explain the quasi-systematic bias of GCMs. This work was validated using the routine data of the ground-based stations as well as satellite imagery.The second case in which the validation of the model was necessary consisted in tropical squall lines that succeed in the Sahel during boreal summer. This validation was performed on a well documented event of the Special Observing Periods (SOPs) 1 and 2 of the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA).Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue.Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain.De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite.Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA)