Analysis of Aerosol-Cloud Interaction from Space
Analyse des interactions entre aérosol et nuages par mesures télédétectées
Résumé
The aim of this work is to provide a comprehensive analysis of cloud and aerosol
interaction over South-East Atlantic, to quantify the overall aerosol impact on the regional
radiation budget. We used data from MODIS, PARASOL and CALIPSO satellites, that fly in
close proximity on the same sun-synchronous orbit and allow for complementary
observations of the same portion of the atmosphere, within a few minutes.
The main idea is to use CALIPSO vertical information to define whether or not aerosol and
cloud layers observed by MODIS and PARASOL are mixed and interacting. We found
evidences that, in case of interaction, cloud properties are strongly influenced by aerosol
presence (first indirect effect). In particular, there is a decrease in cloud droplet effective
radius and liquid water path with aerosol enhancement. On the other hand, we could not
evidence any significant impact on the cloud reflectance.
We also analyzed the aerosol impact on precipitation (second indirect effect). In
polluted low clouds over the ocean, we found evidence of precipitation suppression and cloud
cover increase with increasing aerosol concentration. On the other hand, cloud fraction is
shown to be affected by aerosol presence, even if pollution particles are located above cloud
top, without physical interaction. This observation is interpreted as a consequence of the
aerosol radiative effect.
Aerosol shortwave direct (DRF) and indirect (IRF) radiative forcing at TOA has
been quantified, with the use of a radiative transfer model constrained by satellite
observations. For the direct effect, there is a competition between cooling (negative, due to
light scattering by the aerosols) and warming (positive, due to the absorption by the same
particles). The regional six year (2005-2010), the spatial mean and the standard deviation is
equal to -0.07±8.03 W/m2 for DRF and -0.05±0.54 W/m2 for IRF. Indirect forcing results from
the balance of cloud albedo effect (-0.07±0.55 W/m2) and life time effect (0.02±0.12 W/m2).
Total aerosol forcing is then negative (cooling) and equal to -0.12±8.02 W/m2.
Le but de cette thèse est de fournir une analyse exhaustive des interactions entre
nuages et aérosols dans le Sud-Est de l'Atlantique, en quantifiant l'impact des aérosols sur le
bilan radiatif régional en ondes courtes. Pour cet objectif, nous avons utilisé les données
satellitaires de MODIS, PARASOL et CALIPSO, qui fournissent des observations
complémentaires et quasi simultanées.
L'idée principale qui a permis une analyse originale est d'utiliser les observations du lidar
CALIPSO pour identifier les cas pour lesquels les couches d’aérosols et nuages vues par
MODIS et PARASOL sont en interaction (mélangées) et ceux pour lesquels ils sont clairement
disjoints. Il ressort de cette analyse que les propriétés des nuages sont fortement influencées
par l'interaction avec les aérosols (premier effet indirect). On observe une diminution du
rayon efficace de gouttelettes et du contenu en eau sous l'effet d’une hausse de la
concentration des particules polluantes. En revanche, nous n’avons pas mis en évidence une
modification significative de la réflectance des nuages.
Lorsque les aérosols et les nuages sont mélangés, on observe aussi une diminution
de l’occurrence des précipitations (second effet indirect) et l'augmentation de la couverture
nuageuse. D'autre part, la fraction nuageuse est affectée par la présence d'aérosols, même si
les particules de pollution sont situées au-dessus du sommet des nuages (sans interaction
physique). Cette observation est interprétée comme étant une conséquence de l'effet radiatif
des aérosols.
Pour quantifier le forçage radiatif direct et indirect des aérosols, nous avons utilisé
un code de transfert radiatif rapide à onde courte, contraint par les observations satellitaires.
Sur six ans (2005-2010), le forçage moyen et sa déviation standard sur toute la région sont
égaux à -0.07±8.03 W/m2 pour l'effet direct et -0.05±0.54 W/m2 pour l'effet indirect. Ce
dernier est déterminé par l'équilibre entre l'effet de la variation de l’albédo (-0.07±0.55
W/m2) et celui de la couverture nuageuse (0.02±0.12 W/m2). Le forçage total est donc négatif
(refroidissement) et égal à -0.12±8.02 W/m2.
Fichier principal
Costantino_Aerosol-Cloud_Interaction_from_Space.pdf (14.39 Mo)
Télécharger le fichier
Loading...