APIFLAME Analyse et Prévision de l`Impact des Feux sur la qualité

APIFLAME
Analyse et Prévision de l’Impact des Feux sur la qualité de
L’Air en Méditerranée et en Europe
Coordination: Solène Turquety, Laboratoire de Météorologie dynamique (LMD)/IPSL
Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex, [email protected]
Partenaires:
Laboratoire
Chercheurs impliqués
Contribution
CEREA
E. Réal*
Modélisation
INERIS
B. Bessagnet, F. Meleux*
Prévision
C. Liousse*
Emissions
C. Clerbaux*
Données IASI
LOA
J.-L. Deuzé, F. Ducos, O. Dubovik, D. Tanré*
Données A-Train, AERONET
LMD
A. Anav**, H. Chepfer, F. Hourdin, L. Menut,
C. Rio, S. Stromatas***, S. Turquety*
Emissions, modélisation
LSCE
P. Chazette*
Prép. campagne
observation in situ
LA
LATMOS
*Responsable scientifique
Séminaire
PRIMEQUAL – Présentation
19/05/2010
**Post-doctorant
APIFLAMEAPIFLAME
au LMD:–***
Thèse CNES/ADEME
Objectifs scientifiques
4 questions scientifiques:
1. Mieux comprendre et quantifier les émissions par les feux
2. Mieux prendre en compte la « pyro-convection »
3. Comprendre l’évolution chimique des panaches de feux
4. Quantifier l’impact sur la qualité de l’air pour la période 2005-2010
Application opérationnelle: Intégration dans les prévisions Prev’air
(source: EFFIS)
MODIS
2009
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Actuellement (sans feux):
Large sous-estimation des
dépassements de seuil de
pollution en ozone et PM en
Europe du Sud
Contexte général
Intégration dans les projets des différents laboratoires:
LMD et INERIS:
• Développement continu du modèle CHIMERE
LMD, LOA, LATMOS :
• Exploitation observations A-Train et AERONET: développement d’outils de comparaison
aux simulations de modèles (TOSCA A-Train/EarthCare)
• Evaluation des observations IASI dans les panaches de feux (TOSCA IASI)
LA:
• Participation au développement inventaires émissions (AMMA, CHARMEX)
LATMOS:
• POLARCAT/CLIMSLIP: pollution transportée depuis les feux de forêts boréales
• Projet ESA ALANIS (NOVELTIS)
• GEMS/MACC: Assimilation en quasi temps réel du CO IASI
CEREA:
• Développement POLAIR-3D (« Plume in grid »)
LSCE:
• Campagne PyCAREx (2011): observation feux en Amazonie (lidar, aéroportées)
Contexte national et international:
• Préparation de la campagne CHARMEX & liens avec HYMEX
• Initiatives européennes (réseaux):
• EUFEX (The European Fire Experiment: Impact of Vegetation Fires on the
Atmosphere and Biosphere) soumis à l’ESF
• ACCENT BBSO (biomass burnt and satellite observations);
• GEIA/IGBP et GOFC (Global Observation of Forest and land Cover)/Fire (http://gofcfire.umd.edu/)
Séminaire
PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Approche méthodologique
Comment mieux intégrer les feux dans la modélisation de la qualité de l’air?
Pyroconv.
Emissions:
-Anthropiques
- Biogéniques
- FEUX
Modélisation Régionale
Chimie + transport
- CHIMERE (LMD, INERIS)
- POLAIR-3D (CEREA)
Surfaces brûlées
Puissance radiative (NRT)
Observations atmosphériques
gaz traces et aérosols:
- surface, in situ
- télédection sol (AERONET)
- satellitaires
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
OBSERVATIONS
SATELLITAIRES
Observations feux
(satellitaires)
MODELISATION
Conditions météo
(WFR, MM5)
Cond. initiales/limites
(LMDz-INCA)
Comparaisons entre simulations et observations satellitaires pour:
• Evaluer les émissions
• Evaluer les trajectoires de transport
CO Total IASI/METOP, 25 août (PM)
Profil vertical de CO le long du panache
(Attention:
Résolution
verticale
limitée)
CALIPSO:
transport
à ~2km
Turquety et al.,
ACP 2009
CO Total IASI/METOP, 27 août (~10:00)
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
AOD PARASOL, 27 août (~12:30)
Détection d’espèces à plus courte durée de vie dans les panaches de feux
IASI/METOP, 25 août (PM)
CO
NH3
& OMI/Aura: NO2
CH3OH
C2H4
(Coheur et al., ACP, 2009)
⇒ Information sur les facteurs d’émission
Éventuellement: sur l’évolution chimique
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Partie 1: Evaluation des émissions par les feux
Objectif:
• Inventaire des émissions en quasitemps réel pour la prévision;
• Meilleure compréhension des
incertitudes sur les émissions.
Q( X ) =
∑ A(V ) × (B (V ) × β (V ) × F (V , X ))
V
Surface
brûlée
Quantité de
biomasse
Facteurs
d’émissions
Efficacité de la
combustion
Travail proposé:
• Développement d’un inventaire basé sur les données de surface brûlée MODIS
• Comparaison à différents inventaires pour l’été 2007 (L3JRC, GFED-v3, MACC)
• Intégration dans les simulations de modèle et évaluation par comparaison aux
observations satellitaires de polluants primaires
MODIS
surface brûlée 08/2007
Fuel (kgDM/m2)
10x10km (USGS veg.)
Livrable 1 : Inventaire d’émissions pour l’Europe et la Méditerranée
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
CO
NOx
CH4
CO2
HCHO
CH3OH
NH3
COVs
SO2
BC
OC
Partie 2: Transport et transformation des panaches de feux
2a: Pyroconvection et trajectoires des panaches
• Taille feu
• Energie dégagée
• Conditions météo
• Profil d’injection
(C. Rio et al., ACP, 2010)
Max ~2.5km
Objectifs:
PBL ~400m
• Intégration au modèle CHIMERE
• Evaluation de la fréquence et de l’importance de l’injection au-dessus de la CL
Travail proposé:
1. Evaluation de la modélisation 1D par comparaison aux observations disponibles:
CALIPSO; PARASOL (altitude max. couche d’aérosols)
2. Intégration d’une paramétrisation dans CHIMERE (modèle thermiques Rio et al.
pour LMDz)
3. Evaluation des trajectoires de transport : CO IASI, AOD PARASOL, CALIPSO
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Partie 2: Transport et transformation des panaches de feux
2b: composition / production photochimique
Objectifs:
Mieux reproduire l’évolution
observée, en particulier la
production d’ozone;
1. Effet de l’atténuation par les
aérosols sur les taux de photolyse
(production et destruction O3);
2. Influence de l’altitude d’injection;
3. Problèmes de diffusion: trop importante dans les modèles
⇒ meilleure simulation des panaches?
Travail proposé:
• Intégration de l’effet des aérosols sur les taux de photolyse dans CHIMERE;
• Adaptation de la modélisation des panaches sous maille aux feux dans
POLAIR-3D
•
Simulations CHIMERE et POLAIR-3D
1. Cas d’étude 2007
2. Evaluation sur d’autres événements (moins intenses)
•
Comparaisons avec obs. réseaux et satellitaires: IASI (O3, CO, espèces à plus
courte durée de vie détectées dans les panaches), OMI (NO2) + aérosols
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Partie 3: Importance relative des feux dans les bilans de pollution
Objectif:
Quantifier l’influence des feux en Europe
par rapport aux autres sources, sur les
bilans d’ozone et de PM;
⇒ Modélisation principalement
(application du travail précédent)
Questions:
- Régions les plus sensibles?
- Quelle fréquence?
- Niveaux de fond ou pics?
- Intégration dans les prévis de QA
nécessaire?
Contribution feux août 2007
(CHIMERE)
Est-ce réaliste??
Travail proposé:
1. Quantification de l’influence sur les niveaux de polluants en surface;
2. Analyse de la variabilité interannuelle;
3. Comparaisons avec obs. réseaux qualité de l’air / intercomparaison modèle
Livrable 2 : Climatologie de l’impact des feux sur la période 2005-2010
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Partie 4: Intégration dans les prévisions de la qualité de l’air
Objectifs:
• Quantification des émissions et de leur évolution à court terme en temps réel
• Intégration dans Prev’air
• Outil adaptable mis à la disposition de la communauté
Travail prévu:
• Adaptation du calcul des émission
aux données MODIS de puissance
radiative, disponibles en temps réel;
• Test sur les événements passés
(pour les émissions principalement
dans le cadre de ce WP)
• Intégration dans Prev’air
Livrable 3 : Prévision opérationnelle
intégrant l’impact des feux
Livrable 4 : Module de feux
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Calendrier et contributions
2011
2010
Emissions 2007 et évaluation
(LMD, LA)
2012
Emissions 2005-2010
(LMD, LA)
Adaptation temps réel
(INERIS, LMD)
Pyro-convection (LMD)
Panache sous maille (CEREA)
Simulation et analyse de l’été 2007 –
évolution des panaches (photochimie)
(LMD, CEREA, INERIS)
Quantification de l’impact des
feux 2005-2010 (LMD, CEREA)
Application aux prévisions
(INERIS)
Observations satellitaires: feux (LMD), IASI/METOP (LATMOS),
A-Train (LOA) et outils de comparaison
Gestion données et documents communs (LMD);
Site web, « wiki », espace disque commun.
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Résultats attendus et livrables
WP
Emissions
Utilisateurs potentiels
Résultats attendus
• Données MODIS grillées
2005-2010;
• Inventaire 2005-2010 à
haute résolution;
• Intercomparaison.
Mode de transfert
• Site web;
• Ether (ECCAD?)
• Importance de la
Transport et pyroconvection;
évolution • Cartographie zones
influencées par les feux.
• Recherche
(modélisation régionale • Publications
et globale);
Impact sur • Etude climatologique
la qualité de • Simulations CHIMERE et
l’air
POLAIR-3D pour 2005-2010
• Agences qualité de
l’air.
Prévision
• Emissions temps réel
• Intégration des feux dans
Prev’air
• Module de feux
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
• Publication
• Ether, Icare
• Site web
modèles
• Prev’air
Merci pour votre attention!
Mélange vertical
Pyro-convection
Conditions
Météorologiques
(T°, RH, pp, wds)
WP2a
Transport
Evolution chimique
Production O3
Forçage radiatif
WP2b
Climat
WP3
Emissions
Qualité
de l’air
WP1
Surface brûlée
Puissance radiative feux
Type de végétation
Emissions et altitude
d’injection
Transport et
transformation
WP4 Application:
Prévision à court terme
http://www.lmd.polytechnique.fr/apiflame/
Séminaire PRIMEQUAL – Présentation APIFLAME – 19/05/2010
Impact