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"Analyse des interactions aérosols nuages par mesures télédétectées" par Lorenzo Costantino

Discipline : Météorologie, Océanographie Physique et Physique de l'Environnement, Laboratoire : LSCE

Résumé :
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 est faible et égal à -0.07 (direct) et -0.05 (indirect) W/m². Le forçage total est donc négatif (refroidissement) et égal à -0.12 W/m².

Abstract :
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 six year (2005-2010) mean estimate is equal to -0.07 (DRF) and -0.05 (IRF) W/m². The resulting total aerosol forcing is negative (cooling) and equal to -0.12 W/m².
Informations complémentaires
Jérôme RIEDI, Professeur des Universités, à l’Université de Lille 1/Laboratoire d’Optique Atmosphérique (LOA) - Villeneuve d’Ascq - Rapporteur
Jean-Claude ROGER, Professeur des Universités, à l’Université de Clermont-Ferrand/Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP) - UMR 6016 CNRS/UBP - Aubière - Rapporteur
François-Marie BREON, Chercheur, Habilité à Diriger des Recherches, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire des Sciences, du Climat et de l’Environnement (LSCE) - Gif/Yvette - Directeur de Thèse
Philippe BOUSQUET, Professeur des Universités, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire des Sciences, du Climat et de l’Environnement (LSCE) - Gif/Yvette - Examinateur
Jean-Pierre CHABOUREAU, Physicien, au Laboratoire d’Aérologie (LA) - UMR 5560 - Toulouse - Examinateur
Jacques PELON, Directeur de Recherche, à l’Université Pierre et Marie Curie/UVSQ - Laboratoire Atmosphères Milieux Observations Spatiales (LATMOS) - Paris - Examinateur
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