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Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6)
Edition 2010


FENNEC


Le Système Climatique Saharien

FENNEC
Le système climatique Saharien et son impact à l’échelle régionale

Pourquoi s'intéresser au climat Saharien?
La dépression thermique saharienne joue un rôle central dans le système de mousson d’Afrique de l’Ouest ainsi que dans les échanges d’humidité et d’aérosols entre le Sahara, le bassin méditerranéen et le Sahel. Elle est également localisée dans les régions ayant les plus fortes charges en aérosols de l’atmosphère terrestre au cours de l’été boréal. Or, les poussières désertiques sont une composante du climat dont les effets direct et indirect sur le bilan radiatif sont très mal connus. Les biais et erreurs affectant ce bilan dans les modèles au-dessus du Sahara sont donc très importants et il est désormais avéré qu’ils ont des répercussions notables sur la modélisation de la dynamique atmosphérique bien au-delà du Sahara, avec des conséquences sur la prévision du développement des cyclones dans l’Atlantique ou encore sur la compréhension de la circulation atmosphérique au-dessus du bassin méditerranéen.

Le projet FENNEC vise à mieux comprendre le climat saharien, et s’intéresse particulièrement aux processus physico-chimiques de méso-échelle intervenant dans la région du Sahara central. Ce projet permettra de caractériser la dynamique, la thermodynamique et la composition particulaire au-dessus du désert, dans la couche limite atmosphérique saharienne et dans la troposphère libre, et d’évaluer leur représentation dans les modèles globaux et régionaux. Un deuxième objectif est d’étudier les mécanismes de soulèvement des aérosols désertiques au niveau des sources, en fonction des conditions de surface et des conditions météorologiques afin d’améliorer les prévisions de tempêtes de poussière dans la région du Sahara central. Un troisième objectif est de fiabiliser les produits « aérosols » issus de l’observation spatiale en région saharienne.

Vers l’acquisition d'un jeu de données unique au-dessus du Sahara
Le projet FENNEC s’articule notamment autour de campagnes de terrain impliquant des moyens au sol et des moyens aéroportés, une plateforme numérique dédiée à la prévision des évènements de poussières au-dessus du Sahara étant prévue en support de la campagne aéroportée. Les campagnes de terrain sont une composante essentielle du projet puisqu’elles permettront d’acquérir un jeu de données unique sur lequel sera basé l’essentiel du travail conduit dans le cadre du projet FENNEC.

La modélisation de l’atmosphère saharienne est une des composantes centrale du projet FENNEC, et doit remplir 2 rôles : (i) aider à l’interprétation des mesures « sol » et aéroportées et (ii) comprendre comment la représentation « simplifiée » des processus clés dans cette région conduit à un biais dans les simulations et à des erreurs de
prévisions, et comment ces erreurs peuvent être corrigées. Une fois proprement configurés pour cette région, les simulations permettront de quantifier l’impact radiatif direct et semi direct des aérosols en région saharienne et l’effet radiatif sur la dynamique atmosphérique.

Le premier volet de la campagne expérimentale Fennec s'est déroulé en juin 2011 avec notamment : (i) la mise en œuvre du Falcon 20 de l’UMS SAFIRE, (ii) l’installation d’une station de télédétection dans le sud de l’Espagne et (iii) l’installation de quatre stations GPS au Mali et au Maroc.

Pour la première fois, les modèles AROME et ALADIN (5 et 24 km de taille de maille horizontale, respectivement) ont été mis en œuvre de manière opérationnelle.

Le deuxième volet de la campagne de terrain s’est déroulé en juin 2012 avec la mise en œuvre de la plateforme des aérosols désertiques du LISA et la station flux du GET à In Salah (Algérie) en collaboration avec l’Office National de la Météorologie (ONM) Algérienne.

Résultats

Résultats (à consolider) à mi-projet
1. Mise en évidence de l’impact de la variabilité intra-saisonnière de la position de la dépression thermique Saharienne sur la composition et la thermodynamique de la couche limite atmosphérique Saharienne,
2. Mise en évidence de la capacité des observations AMSU-A (température) de détecter le cycle saisonnier et intra-saisonnier de la dépression thermique Saharienne,
3. Mise en évidence de la capacité du modèle opérationnel AROME à prévoir la convection au Sahara: ce bon comportement à de prévoir un cas de déclenchement de la convection sur l’Atlas et la propagation d’un courant de densité (et les soulèvements de poussières associés) au-dessus du Sahara. Ceci a permis de réaliser des observations aéroportées uniques au-dessus de la Mauritanie et du Mali,
4. Mise en évidence de l’impact de la poussière sur le développement de la couche limite atmosphérique Saharienne (observations et simulations numériques).

Perspectives

L’exploitation scientifique des données acquises au cours de la SOP 2011 est en cours. Les premiers résultats ont données lieux à une vingtaine de communication dans des conférences internationales (AGU, EGU, ILRC, AMMA, …) comme le montre la liste des résumés de conférence. Un certains nombre de papier sont également en préparation qui devrait être soumis bientôt. L'exploitation des données acquises en 2012 commencera prochainement.

Au-delà de la durée du projet, nous continuerons à travailler avec les DMN Africaines sur l'impact du climat Saharien et des poussières sur la météorologie en Afrique de l'Ouest et du Nord.

Productions scientifiques et brevets

R. Washington et al., 2012 : Fennec - The Saharan Climate System: An overview, BAMS, in preparation

M. Todd et al., 2012: Meteorological and dust aerosol conditions over the Western Sahara observed at Fennec supersite-2 during the Intensive Observation Period June 2011, JGR, in preparation

K. Schepanski, C. Flamant, C. Kocha, J.-P. Chaboureau, C. Lavaysse, J. Perlon, F. Marnas, and P. Knippertz, 2012 : RAIN4DUST: An airborne study on the characterization of dust emission from alluvial sources, ACP, in preparation

S. Engelstaedter, R. Washington, C. Allen and C. Allen, 2012: The Saharan Heat Low and the West African Monsoon – Simultaneous Aircraft Observations from Fennec, JGR, in preparation

J.-P. Chaboureau, C. Flamant, C. Kocha, J.-P. Lafore, C. Lavaysse, F. Marnas, M. Mokhtari, J. Pelon, K. Schepanski, P. Tulet, 2012 : Verification of mesoscale dust forecasts over the Sahara during FENNEC 2011, JGR, in preparation.

C. Kocha, C. Flamant, F. Marnas, J.P. Chaboureau, D. Parker , J. Marsham, P. Knippertz and L. Garcia-Carreras 2012: How a dusty cold pool can change the evolution of the Saharan atmospheric boundary layer, QJRMS, in preparation.

Partenaires

LATMOS CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Ile de France Ouest et Nord

LISA UNIVERSITE PARIS-EST CRETEIL VAL DE MARNE - PARIS 12

LMTG CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Midi-Pyrénées

LSCE COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - Centre SACLAY

Aide de l'ANR 740 000 euros
Début et durée du projet scientifique - 36 mois

Résumé de soumission

Le Sahara central possède un des climats les plus extrêmes de la planète. Pendant les mois d’été de l’hémisphère nord, une dépression thermique très prononcée se développe en réponse au chauffage de la surface par le rayonnement solaire au-dessus de vastes étendues inhabitées couvrant le nord Mali, le sud de l’Algérie du sud et la Mauritanie orientale. Cette dépression thermique saharienne joue un rôle central dans le système de mousson d’Afrique de l’ouest. Par ailleurs, deux des régions au monde pour lesquelles l’impact du réchauffement global sur le cycle de l’eau présente les plus grosses incertitudes (i.e. la bassin méditerranéen et la Sahel) sont couplé dynamiquement avec le Sahara.

De nombreuses études montrent que la dépression thermique saharienne est co-localisée avec les plus fortes charges en aérosols observées sur le globe au cours de l’été boréal. Les poussières désertiques sont une composante du climat dont les effets direct et indirect sur le bilan radiatif sont très mal connus, et les biais et erreurs affectant le bilan radiatif dans les modèles au-dessus du Sahara sont très importantes. Il est désormais avéré que ces erreurs et biais ont des répercussions importantes sur la dynamique atmosphérique bien au-delà du Sahara, avec des conséquences sur la prévision du développement des cyclones dans l’Atlantique ou encore la compréhension des circulations au-dessus du bassin méditerranéen.

Les carences des modèles de climat ou encore de prévisions météorologiques discutées plus haut sont en partie liées : (i) au fait que très peu d’observations sont disponibles dans cette région, (ii) aux difficultés associées à la restitution de produits satellite fiables au-dessus des déserts, et (iii) à une méconnaissance des caractéristiques dynamiques, thermodynamiques, mais également radiatives (et notamment l’importance des aérosols désertiques) de l’atmosphère saharienne.

Or, il n’existe à ce jour que très peu de données acquises dans cette région qui puissent être utilisées de manière fiable pour faire avancer les connaissances en matière de processus de méso-échelle ou encore pour confronter les modèles à la réalité terrain. Des très fortes incertitudes existent en ce qui concernent la position des sources, les quantités et les propriétés de poussières émises, la variabilité de l’albédo de surface et les forçages radiatifs induits en liaison avec la dynamique et la structure de la couche limite (y compris le cycle journalier) en région saharienne. Ces incertitudes ne pourront être évaluées, voire réduites, que par la mise en place d’un projet ambitieux incluant une campagne de terrain dédiée dans la région de la dépression thermique saharienne.

Fort de ce constat, les communautés française, britannique et allemande intéressées, ont décidé de proposer le projet FENNEC centré sur le Sahara. Ce projet permettra, (i) de caractériser la couche limite atmosphérique saharienne, (ii) d’évaluer sa représentation dans les modèles globaux et régionaux, et (iii) d’améliorer les produits « aérosols » issus de l’observation spatiale. Le projet comporte une phase terrain impliquant des moyens sols et des moyens aéroportés.

L’objet de cette proposition, qui vise à comprendre les processus physiques qui contrôlent le système climatique saharien, est de fédérer la communauté française désireuse de contribuer à cette thématique, et de demander les moyens nécessaires à la réalisation du projet. La proposition FENNEC-France s’appuie sur les contributions de 11 laboratoires.

Le projet bénéficie également d’un grand nombre de soutiens aux niveaux national et international, et entre autres du programme de l’OMM « Sand and Dust Storms Warning Advisory Assessment System » et du Centre africain des applications de la météorologie pour un développement durable (ACMAD).

 

Programme ANR : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6) 2010

Référence projet : ANR-10-BLAN-0606

Coordinateur du projet :
Monsieur Cyrille Flamant (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Ile de France Ouest et Nord)
cyrille.flamant@nulllatmos.ipsl.fr

Site internet du projet : http://mesonh.aero.obs-mip.fr/fennec/

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.