Combining POLDER-3 satellite observations and WRF-Chem numerical simulations to derive biomass burning aerosol properties over the southeast Atlantic region

Abstract

L’absorption des aérosols est une propriété clé pour évaluer les impacts radiatifs des aérosols sur le climat, à la fois à l’échelle mondiale et à l’échelle régionale. Les propriétés physico-chimiques et optiques des aérosols restent insuffisamment contraintes dans les modèles de climat, avec des difficultés à représenter correctement à la fois la charge d'aérosols et leurs propriétés d'absorption dans les scènes claires et nuageuses, notamment pour les aérosols absorbants de feux de biomasse. Dans cette étude, nous nous concentrons sur les panaches d’aérosols de feux de biomasse transportés au-dessus des nuages au large de la côte sud-ouest de l’Afrique au niveau de la région de l'Atlantique du sud-est, afin d’améliorer la représentation de leurs propriétés physico-chimiques et d'absorption. La méthodologie est basée sur des simulations numériques régionales d'aérosols à partir du modèle couplé météorologie-chimie WRF-Chem combiné à un inventaire détaillé des émissions d’aérosols de feux de biomasse et divers ensembles d'observations par télédétection d'aérosols innovantes, à la fois en ciel clair et nuageux, à partir du capteur spatial POLDER-3/PARASOL. La littérature actuelle indique que certains composés d’aérosols organiques (OC), appelés carbone brun (BrOC), principalement émis par la combustion de la biomasse, absorbent le rayonnement ultraviolet-bleu plus efficacement que le carbone noir pur (BC). Nous exploitons cette spécificité en comparant la dépendance spectrale de l’albédo de diffusion simple des aérosols (SSA) dérivé des observations satellitaires de POLDER-3 dans la gamme de longueurs d'onde 443-1020 nm avec l’albédo de diffusion simple simulé pour différentes proportions de carbone noir, carbone organique et carbone brun au niveau de la source, en considérant l’état de mélange interne homogène des particules. Ces expériences de simulations numériques reposent sur deux principales contraintes : maintenir une épaisseur optique des aérosols réaliste aussi bien par temps clair que par temps nuageux, et un rapport de masse carbone noir/carbone organique réaliste. Des expériences de modélisation sont présentées et discutées pour lier la composition chimique aux propriétés d'absorption des aérosols de feux de biomasse et pour fournir des estimations des proportions relatives de carbone noir, carbone organique et carbone brun dans les panaches africains d’aérosols de feux de biomasse transportés au-dessus de la région de l’Atlantique du sud-est pour juillet 2008. La fraction absorbante des aérosols organiques dans les panaches d’aérosols de feux de biomasse, c'est-à-dire le carbone brun, est estimée entre 2 % et 3 %. Les valeurs moyennes simulées de l’albédo de diffusion simple sont de 0,81 (565 nm) et 0,84 (550 nm) respectivement en scènes claires et nuageuses, en bon accord avec celles restituées par POLDER3 (0,85 ± 0,05 à 565 nm en ciel clair et à 550 nm au-dessus des nuages) pour la période étudiée.