Variabilité interannuelle des émissions d'aérosols minéraux en zone semi-aride sahélienne - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Variabilité interannuelle des émissions d'aérosols minéraux en zone semi-aride sahélienne

Résumé

Mineral dust is an important sources of atmospheric aerosols and have different impacts on the environment. The estimation of mineral dust content in the atmosphere is still very uncertain; aeolian erosion processes in semi arid areas are more complex. The purpose of this study is to quantify dust emission by aeolian erosion in the Sahelian semi-arid area (10°N to 20°N, 20°W to 35°E) over the period 2004 to 2007. 3 satellite-derived precipitation products and spatially interpolated gauges measurements have been compared according to criteria defined for their relevance in terms of vegetation dynamics (spatial distribution, daily frequency, rainfall amounts). The selected products show a good agreement from the intraseasonal to the interannual scale. The vegetation modelled with the STEP model using the three selected precipitation products is compared to satellite-derived observations (MODIS LAI) according to criteria relevant for surface properties characterization (northern limit, dynamics, vegetation maximum) which show the capability of the model to capture the annual regional dynamics. Dust emissions are modelled with the DPM model. The surface properties of the bare surface are obtained from satellite surface products and the simulated vegetation characteristics are converted into surface roughness length. The effect of the surface soil humidity is also taken into account. The impact of these factors is quantified in terms of dust emission, in a so-called "seasonally vegetated emissive fringe": the seasonal vegetation shows a dust emission inhibition capacity of 6 to 26% in terms of the annual dust emission in this fringe which is varying from 1 to 35 Mt.
Les aérosols minéraux constituent une des plus importantes sources en masse des aérosols atmosphériques. Ces particules ont différents impacts sur l'environnement : elles exercent un forçage radiatif, et peuvent intervenir dans la chimie hétérogène atmosphérique, ainsi que dans la dynamique des nuages. Elles jouent aussi un rôle dans la redistribution de matière à l'échelle globale, notamment par leur dépôt loin des zones sources. L'estimation des quantités d'aérosols minéraux présents dans l'atmosphère, et donc de leurs flux d'émission, qui se font sous l'action du vent en zones arides et semi-arides, demeure l'objet de fortes incertitudes. Si les émissions de particules minérales en zones arides sont relativement bien contraintes à l'heure actuelle, les processus d'érosion éolienne en zones semi-arides sont plus complexes, en raison notamment de la dynamique des états de surface. L'objectif de cette étude est de quantifier les émissions d'aérosols minéraux par érosion éolienne en zone semi-aride sahélienne, et plus précisément d'estimer l'impact de la végétation saisonnière sur ces émissions, sans prendre en compte à ce stade les perturbations induites par l'action de l'homme. Nous avons mis en œuvre des outils de modélisation pour simuler le couvert végétal saisonnier et l'émission d'aérosols par érosion éolienne. La zone d'étude est la ceinture sahélienne, de 10°N à 20°N et de 20°W à 35°E. Les résolutions spatiales retenues sont de 0.10° à 0.25° et 0.5°, et la résolution temporelle de 1 à 10 jours. Afin de pouvoir tenir compte de la variabilité interannuelle des phénomènes observés, la couverture temporelle de l'étude est de 4 ans, sur la période 2004-2007. En régions semi-arides, la disponibilité en eau est le principal facteur limitant le développement de la végétation. Trois produits d'estimation des précipitations issus d'observations satellitaires (CMORPH, RFE2.0 et TRMM3B42) ont donc été comparés entre eux et comparés à des mesures de pluviomètres spatialement interpolées (AGHRYMET), au cours de la saison des pluies au Sahel. Trois critères de comparaisons ont été définis pour qualifier leur pertinence en termes de dynamique de la végétation (distribution spatiale, fréquence journalière et quantités des précipitations). Les trois produits sélectionnés montrent un bon accord sur la ceinture sahélienne, et ce pour les trois critères. De plus, le niveau d'accord est stable au cours du temps, de l'échelle intrasaisonnière à l'échelle interannuelle. La végétation est simulée avec le modèle STEP, conçu spécifiquement pour reproduire la dynamique de la végétation sahélienne. Les simulations sont réalisées en utilisant en entrée les trois champs de pluie issus de l'étape précédente. Les résultats sont comparés à des observations régionales issues de mesures satellitaires (LAI MODIS). Les critères de comparaisons sont déterminés pour leur pertinence en termes de caractérisation de l'état de la surface (limite nord, dates de démarrage et de maximum, et valeurs du maximum de végétation). Ces comparaisons montrent la capacité du modèle utilisé à reproduire la dynamique régionale annuelle. Les différentes phases du cycle végétatif sont bien restituées, avec toutefois des réserves sur le démarrage précis de la pousse. Les émissions d'aérosols désertiques sont simulées en utilisant le modèle DPM, qui repose sur la description explicite des processus physiques mis en jeu. Les caractéristiques des états de surface en l'absence de végétation (rugosité, types de sol) sont décrites en se basant sur des produits de surface satellitaires et de données issus de d'analyses géomorphologiques. En période végétative, les caractéristiques du couvert végétal simulé (hauteur, taux de couverture) sont converties en termes de rugosité dynamique de la surface. L'effet de l'humidité gravimétrique de la couche superficielle du sol est également pris en compte. L'impact de ces différents facteurs est alors illustré, notamment les différences dues à la présence du couvert végétal, en termes d'émissions d'aérosols minéraux, dans une zone définie comme la " frange émissive saisonnièrement végétalisée ", et dont l'étendue varie selon l'année et le produit de pluie utilisé en forçage. Pour la période 2004 à 2007, la strate herbacée saisonnière présente ainsi une capacité d'inhibition des émissions de l'ordre de 8 à 28% en masse du flux total annuel de cette frange, qui lui peut varier de 1 à 30 Mt environ.
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Dates et versions

tel-00921688 , version 1 (20-12-2013)

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  • HAL Id : tel-00921688 , version 1

Citer

Caroline Pierre. Variabilité interannuelle des émissions d'aérosols minéraux en zone semi-aride sahélienne. Interfaces continentales, environnement. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00921688⟩
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