Aerosols contribution to climate scenarios in Mediterranean for the twenty-first century at regional scale
Contribution des aérosols aux scénarios climatiques en Méditerranée pour le XXIème siècle à l'échelle régionale
Résumé
The Euro-Mediterranean region is subject to high aerosol loads of various origins and with high spatial and temporal variability. The climate of this region will be impacted by their direct effect on radiation but also by their semi-direct and indirect effects on clouds and atmospheric dynamics. This thesis work, which is part of the Med-CORDEX and ChArMEx research programmes, will address through regional climate modelling the question of the direct radiative effect of the various aerosols over the historical period, their evolution between the period 1971-2000 and the period 2021-2050 as well as the sensitivity of the future climate of this region to these aerosols. In order to take into account as fully as possible anthropogenic aerosols in the ALADIN-Climat regional climate model, used throughout this thesis work, a new simplified aerosol module to represent nitrate and ammonium particles has been implemented in its interactive aerosol scheme TACTIC. A set of simulations, taking into account or not nitrate and ammonium particles, were carried out over the period 1979-2016. The results showed the significant impact of these atmospheric particles on the Euro-Mediterranean climate with a contribution of 40% to the total AOD (at 550 nm) and a direct radiative forcing higher than that of sulphate and organic carbon particles from 2005. Over a longer period of time and using different scenarios, results show a decrease of total AOD of 35% over Europe between 1971-2000 and 2021-2050. This is mainly due to the decrease of the sulphate aerosols AOD, partly offset by the increase of nitrates. Nitrate particles will also have the highest total AOD contribution over Europe, of 45%, during the future period. This evolution of the various aerosols will impact their direct radiative forcing, with a significant decrease in that exerted by sulphate particles and an increase in that of nitrate and ammonium aerosols. These changes, which are robust under the different scenarios, explain on an annual average about 6% of the expected global warming over Europe between the two periods, mainly due to aerosols-radiation interactions but also to a change in cloud albedo (first indirect effect) and atmospheric dynamics over this region.
La région Euro-méditerranéenne est soumise à de fortes charges en aérosols d'origine variée et présentant une forte variabilité spatio-temporelle. Le climat de cette région va en être impacté suite à leur effet direct sur le rayonnement mais aussi à travers leurs effets semi-direct et indirects sur les nuages et la dynamique atmosphérique. Ces travaux de thèse, s'inscrivant dans les programmes de recherche Med-CORDEX et ChArMEx, vont aborder au travers de la modélisation climatique régionale la question de l'impact radiatif direct des différents aérosols sur la période historique, leur évolution entre la période 1971-2000 et la période 2021-2050 ainsi que celle de la sensibilité du climat futur de cette région à ces aérosols. Afin d'avoir une prise en compte la plus complète possible des aérosols anthropiques dans le modèle climatique régional ALADIN-Climat, utilisé tout au long de ce travail de thèse, un nouveau module d'aérosols simplifié permettant de représenter les particules de nitrate et d'ammonium a été implémenté dans son schéma interactif d'aérosols TACTIC. Un ensemble de simulations, prenant en compte ou non les particules de nitrate et d'ammonium, a été réalisé sur la période 1979-2016. Les résultats ont montré l'impact important de ces particules atmosphériques sur le climat de la région Euro-Méditerranéenne avec une contribution à hauteur de 40% à l'AOD totale (à 550 nm) ainsi qu'un forçage radiatif direct supérieur à celui des particules de sulfate et de carbone organique à partir de l'année 2005. Sur une période de temps plus longue et en utilisant différents scénarios, les résultats montrent une baisse de 35% de l'AOD totale sur l'Europe entre les périodes 1971-2000 et 2021-2050. Celle-ci est principalement due à la forte diminution de l'AOD des aérosols de sulfate compensée en partie par la hausse des nitrates. Ces derniers auront par ailleurs la contribution à l'AOD totale la plus élevée sur l'Europe, à hauteur de 45%, sur la période future. Cette évolution des différents aérosols va impacter leur forçage radiatif direct avec notamment une baisse significative de celui exercé par les particules de sulfate et une hausse de celui des aérosols de nitrate et d'ammonium. Ces changements, robustes en fonction des différents scénarios, expliquent en moyenne annuelle environ 6% du réchauffement climatique attendu sur l'Europe entre les deux périodes, principalement dû aux interactions aérosols-rayonnement mais également par une modification de l'albédo des nuages (premier effet indirect) et de la dynamique atmosphérique sur cette région.
Origine : Version validée par le jury (STAR)