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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (14/12/2010), Cyrille Flamant (Dir.)
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Détermination du chauffage radiatif des aérosols désertiques au dessus de l'Afrique de l'Ouest et de leur impact sur la dynamique atmosphérique à l'aide d'observations satellitaires au cours de la campagne AMMA
Cyndie Lemaître1

Les travaux présentées visent à améliorer nos connaissances sur les propriétés radiatives des aérosols désertiques aussi bien dans les courtes longueurs d'onde (SW) que dans les grandes longueurs d'onde (LW) ainsi que sur leur forçage sur la dynamique atmosphérique. Cette caractérisation est essentielle en particulier dans la région de l'Afrique du nord, qui est la plus grande source d'aérosols minéraux. Cette étude est basée sur une complémentarité entre les plateformes de mesure in situ au sol ou aéeroportées et les observations de télédétection au sol, aéroportées ou spatiales. Ces travaux se réalisent dans le cadre de la campagne de mesures AMMA qui a eu lieu en 2006, au cours d'un épisode particulièrement intense de soulèvement de poussières à l'est du continent et de transport vers l'ouest pendant une semaine. L'analyse met en évidence l'importance des aérosols désertiques sur le bilan radiatif au-dessus de l'Afrique de l'Ouest à l'échelle régionale (impact non négligeable dans le SW mais aussi dans le LW), de jour comme de nuit avec des chauffages compris entre 1.5Kjour-1 et 4Kjour-1 en moyenne de jour dans la couche d'aérosols. A la mi-journée, les taux de chauffage peuvent atteindre localement 8Kjour-1 dans les parties les plus épaisses optiquement des panaches d'aérosols de poussières désertiques. De nuit, on observe un refroidissement de l'ordre de 0.5 K jour-1 à 1Kjour-1 dans la couche de poussières et un réchauffement à la surface. Ce chauffage n'est pas sans impact sur la dynamique atmosphérique en Afrique de l'ouest du fait de son in-homogénéité spatiale et de sa variabilité temporelle. Il conduit à des modifications non seulement sur la température et l'humidité, mais également sur la force et la direction du vent. Ces modifications engendrent des changements significatifs sur le système de la mousson, comme nous avons pu le montrer à partir de simulations numériques effectuées à l'aide d'un modèle de méso-échelle. Plus précisément, la présence d'aérosols désertiques entre 1 et 4 km d'altitude est à l'origine d'un chauffage radiatif non négligeable possédant un cycle diurne à l'origine de modifications des gradients de température non seulement verticaux mais également horizontaux. Le panache d'aérosols ainsi observé au nord du Jet d'Est Africain (AEJ, African Easterly Jet) se montre propice à une augmentation des gradients verticaux de vent à l'origine de l'intensification de l'AEJ. La présence de ce panache produit également un renforcement de la structure périodique en vent. Plus bas en altitude, la dépression thermique et les vents associés sont intensifiés, du fait également, de la modification des gradients de température associés à la présence du panache d'aérosols. Le dernier volet de ces travaux porte sur la détection de ces aérosols dans l'infra-rouge au dessus du continent Africain à des fins de suivi et de prévision en utilisant les températures de brillance satellitaires. La méthode proposée de " pseudo-correction " de la vapeur d'eau sur les différences de température de brillance (BTD10-12 micromètres), permet une différenciation optimale des aérosols et des nuages au-dessus du continent. La méthode mise au point est particulièrement efficace au sud de 14°N (région Soudanienne où le couvert végétal est non négligeable), i.e. une partie du continent Africain au-dessus de laquelle très peu d'informations sont fournies par les radiomètres classiquement utilisés pour la détection des poussières.
1 :  LATMOS - Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales
space
lidar – CALIPSO – synergie instrumentale – forçage radiatif de l'aérosol – impact dynamique – Meso-NH – AMMA

Determination of the radiative heating rates of dust over West Africa and their impact on the atmospherical dynamics using satellite observations during the AMMA campaign
The work carried out in this study is devoted to a better understanding of radiative properties for dust in the shortwave (SW) and in the longwave (LW), and also the consequence of this radiative forcing on the atmospheric dynamics. Such a characterization is indeed essential in particular over North of Africa, the main source of mineral aerosols. Our study is based on a synergy between different platforms : in situ ground-based or airborne measurements, together with remote sensing observations. This study takes place in the AMMA campaign realized during 2006. The analysis highlights the importance of dust on radiative balance over West Africa on regional scale (radiative impact significant in SW but also in LW), during daytime and the night with heating rate between 1.5 Kday-1 and 4 Kday-1, on average in dust plume. At midtime, heating rate can reach 8 Kday-1, in optically thickest part of the plume. During the nighttime, cooling is observed as the result of the longwave forcing in the dust layer between 0.5 and 1 Kday-1, while warming is observed below the dust layer, in the monsoon layer. The consequence of this heating on the dynamic of this region is also important because of its space and temporal variability. It leads to modifications not only on the temperature, and moisture, but also on wind speed and direction. These modi cations generate significant changes on the monsoon system, as we can show with numerical simulation using a meso-scale model. More precisely, the presence of dust between 1 and 4 km causes radiative forcing inducing vertical and horizontal temperature gradient. The localization of dust observed north of African Easterly Jet (AEJ) leads to an increase of the vertical wind gradient associated to an AEJ intensification. At low altitude, the heat low and associated wind are also intensifi ed. The last part of this work concerns dust detection in infra-red over West Africa (for forecast objectives for instance) using brightness temperature provided by satellite observations. The proposed " pseudo-correction " method of the water vapor effect on brightness temperature differences from various channel (BTD 10-12 micrometer) allows an optimal di fferentiation of dust, and clouds over land. This method is eff ective south of 14°N (Sudan region where vegetation is present), i.e. over African region where few information are provided by classical radiometer used for dust detection.
lidar – CALIPSO – experimental synergy – aerosol radiative forcing – dynamical impact – Meso-NH – AMMA