Thèse de Mégane Ventura

Soutenance de Mégane Ventura - laboratoire LOA

Synergie d'observations actives et passives pour l'évaluation des impacts radiatifs des aérosols. Application à la campagne de terrain AEROCLO-sA en Namibie.

Résumé :

Les aérosols ont des effets importants tant sur le climat local que mondial, ainsi que sur les nuages et les précipitations. Nous présentons ici des résultats originaux de la campagne de terrain AErosol RadiatiOn and CLOud in Southern Africa (AEROCLO-sA) menée en Namibie en août et septembre 2017. Cette région montre une forte réponse au changement climatique et est associée à d'importantes incertitudes dans les modèles climatiques. De grandes quantités d'aérosols issues de la combustion de biomasse émis par les feux de végétation en Afrique centrale sont transportées loin au-dessus des déserts namibiens et sont également détectées au-dessus des nuages de type stratocumulus couvrant l'océan Atlantique Sud le long de la côte namibienne. Les aérosols absorbants au-dessus des nuages sont associés à un important forçage radiatif direct positif (réchauffement) qui est encore sous-estimé dans les modèles climatiques (De Graaf et al., 2021). L'absorption de l'énergie solaire par les aérosols au-dessus des nuages peut également provoquer un réchauffement à l'endroit où se trouve la couche d'aérosols. Ce réchauffement pourrait altérer les propriétés thermodynamiques de l'atmosphère, ce qui aurait un impact sur le développement vertical des nuages de bas niveau, influençant la hauteur du sommet nuageux et sa luminosité. Cet effet semi-direct des aérosols a été observé précédemment au large des côtes de l'Angola et de la Namibie (Wilcox, 2012 ; Deaconu et al., 2019).
La campagne de terrain aérienne consistait en dix vols effectués avec l'avion français F-20 Falcon dans cette région d'intérêt. Plusieurs instruments ont été utilisés : le polarimètre OSIRIS, prototype du prochain instrument spatial 3MI de l'ESA (Chauvigné et al., 2021), le lidar LNG, un photomètre aéroporté appelé PLASMA, ainsi que des fluxmètres et des radiosondages utilisés pour mesurer les quantités thermodynamiques, complétés par des mesures in situ de la distribution de taille des particules d'aérosol.
Afin de quantifier l'impact radiatif des aérosols sur le bilan radiatif régional namibien, nous utilisons une approche originale qui combine les données du polarimètre et du lidar pour déduire le taux de chauffage des aérosols. Cette approche est évaluée lors de transports massifs de particules de combustion de biomasse. Pour calculer ce paramètre, nous utilisons un code de transfert radiatif et des paramètres météorologiques supplémentaires fournis par les radiosondages. Nous présenterons les résultats obtenus pour plusieurs vols effectués durant la campagne, où la charge en aérosols était très importante. Des aérosols issus de la combustion de biomasse ont été transportés le long de la côte namibienne, et les panaches d'aérosols ont été typiquement observée au-dessus des stratocumulus. Nous présenterons des profils verticaux des taux de chauffage calculés dans les parties solaire et thermique du spectre avec cette technique. Nos résultats indiquent des valeurs de taux de chauffage particulièrement élevées estimées au-dessus des nuages en raison des aérosols, de l'ordre de 8 K par jour dans les cas extrêmes, ce qui est susceptible de perturber la dynamique des couches sous-nuage. L’impact radiatif de la vapeur d’eau présent dans ces panaches est également abordé.
Afin de valider et quantifier cette nouvelle méthodologie, nous avons utilisé les mesures de flux acquises lors de descentes en boucle effectuées pendant des parties dédiées des vols, ce qui fournit des mesures uniques de la distribution des flux (ascendants et descendants) et des taux de chauffage en fonction de l'altitude.
Enfin, nous discuterons de la possibilité d'appliquer cette méthode aux observations spatiales passives et actives disponibles afin de fournir les premières estimations de profils de taux de chauffage au-dessus des nuages à l'échelle globale.

Mots clés : Aérosols,Télédétection,Transfert radiatif,Taux d'échauffement et flux,Polarisation,Lidar