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ENTitre de la thèse: Une nouvelle approche de modélisation de la qualité de l’air à l’échelle régionale par assimilation de mesures lidar
Lieu de la soutenance :
Ecole des Ponts ParisTech - Bâtiment Coriolis - salle F206,
6-8 avenue Blaise Pascal, Cité Descartes,
Champs-sur-Marne 77455 Marne la Vallée
Jury:
- Dr. Patrick Chazette CEA, LSCE (directeur de thèse)
- Dr. Marc Bocquet ENPC, CEREA (co-directeur de thèse)
- Dr. Karine Sartelet ENPC, CEREA (co-directeur de thèse)
- Dr. Beekmann Matthias CNRS, LISA (rapporteur)
- Dr. Pierre Tulet CNRS, LACy (rapporteur)
- Pr. Hervé Le Treut IPSL, LMD (examinateur)
- Pr. Bertrand Calpini MeteoSwiss (examinateur)
- Dr. Alain Dabas Météo-France, CNRM (examinateur)
Résumé :
L’assimilation de données lidar pour la modélisation de la qualité de l’air est étudiée via le développement d’un modèle d’assimilation des observations d’un réseau lidar au sol par la méthode d’interpolation optimale (IO) dans un modèle de chimie-transport. Dans un premier temps, un outil d’assimilation des concentrations de PM10 (particules en suspension dans l’air dont le diamètre est inférieur à 10 um) sur la verticale est développé dans la plateforme de modélisation de la qualité de l’air POLYPHEMUS. Cet outil est appliqué sur l’Europe de l’Ouest, du 15 juillet au 15 août 2001, afin d’étudier l’impact potentiel d’un futur réseau lidar au sol sur la modélisation et les prévisions (la description de l’avenir) des PM10. En utilisant un réseau lidar fictif, l’efficacité de l’assimilation des mesures d’un réseau lidar est comparée à celle d’assimiler des mesures de concentrations du réseau au sol AirBase, qui comprend environ 500 stations sol en Europe de l’Ouest. Des études de sensibilité sur le nombre et la position géographique des lidars sont également menées afin d’aider à définir un réseau lidar optimal pour les prévisions des PM10.
Ensuite, un modèle de simulation de signal lidar (PR2) est construit et intégré dans POLYPHEMUS. Il est évalué par comparaison aux mesures d’un lidar mobile et d’un lidar fixe en Île-de-France durant la campagne d’été de MEGAPOLI (Megacities : Emissions, urban, regional and Global Atmospheric POLlution and climate effects, and Integrated tools for assessment and mitigation, juillet 2009). Les résultats montrent que ce modèle reproduit correctement la distribution verticale des propriétés optiques des aérosols et leur variabilité temporelle. Deux nouveaux algorithmes d’assimilation de signaux lidar sont également introduits et évalués durant la campagne MEGAPOLI. Les simulations aérosol avec et sans assimilation de données lidar sont évaluées en utilisant les données d’AIRPARIF (un réseau opérationnel régional pour la qualité de l’air en Île-de-France) pour démontrer la faisabilité et l’utilité de l’assimilation des signaux lidar pour les prévisions d’aérosols.
Enfin, POLYPHEMUS avec le modèle d’assimilation des signaux lidar est appliqué dans le bassin Méditerranéen, où le réseau ACTRIS/EARLINET a effectué une période de 72 heures de mesures intensives et continues en juillet 2012 (Pre-CHArMEx). Les paramètres dans le modèle d’assimilation des signaux lidar sont aussi étudiés pour mieux caractériser l’impact spatial et temporel sur les prévisions d’aérosols.
