Sokhandan Asl, Niloofar
(2013).
« Relative importance of contact nucleation and its alteration by sulfuric acid in the microstructure of arctic clouds » Mémoire.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Maîtrise en sciences de l'atmosphère.
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Résumé
La présence d'un intense système de basse pression sur l'Islande et d'un anticyclone centré sur la Sibérie pendant l'hiver favorise le transport à grande échelle des émissions anthropiques tel que l'acide sulfurique (H2SO4) de latitudes moyennes vers l'Arctique. Cet acide sulfurique recouvre les NGs (Noyau glaçogène) d'une couche mince lors des épisodes de pollution et contribue ainsi à augmenter l'angle de contact (alpha = 27°) des NGs par rapport au cas naturel (alpha = 12°). Cela conduit à la quasi-désactivation de la nucléabilité des aérosols sulfatés et diminue substantiellement la concentration des NGs. Cela contribue à la formation de cristaux de glace moins nombreux mais plus gros qui précipitent plus efficacement des nuages (précipitation de ciel clair). En raison de la déshydratation de la basse troposphère et des modifications de la microstructure des nuages de bas niveaux et des nuages glacés de moyenne et haute altitudes, plus de rayonnement terrestre s'échappe de la troposphère. Cette perte de rayonnement infrarouge intensifie l'inversion de température en Arctique, refroidit la basse atmosphère par l'effet de la Rétroaction déshydratation-effet de serre (RDES). Plusieurs études de modélisation utilisant des modèles 1D et 3D (Girard et Bekcic, 2005; Girard et Stefanof, 2007 et Girard et al., 2012) ont étudié l'impact d'enrobage de l'acide sulfurique sur les nuages et sur le bilan radiatif pendant l'hiver arctique. Ces études de modélisation supposent que seulement nucléation par déposition est modifiée par enrobage acide. Les résultats obtenus ont confirmé le refroidissement troposphérique produit par les RDES. L'objectif de cette recherche est tout d'abord de déterminer l'importance relative de la nucléation par contact des cristaux et d'investiguer l'impact de l'acidification d'aérosols sur la nucléation par contact, et par conséquent sur les propriétés microphysiques et optiques et sur le bilan radiatif des nuages arctiques pendant l'hiver par la théorie classique de la nucléation (CNT). Cette dernière suggère un cadre simple pour paramétrer le taux de nucléation hétérogène de la glace en fonction de diverses propriétés physiques et structurels des NGs tels que l'angle de contact (l'angle entre le substrat de NG et l'embryon de glace formé sur le NG) qui est considérés constante pour tous les NGs (single-a). Un second objectif est d'implémenter l'approche PDF (paramétrisation de l'angle de contact des NGs de déposition selon la distribution de fonction de densité de probabilité) de l'angle de contact dans le schéma microphysique et vérifier l'impact de l'approche PDF pour la nucléation par déposition sur les résultats. Cette étude est réalisée à travers six en sembles de simulations pour janvier 2007, simulé par GEM-LAM (une version à aire limitée du modèle Global Environnemental à Multi-échelle) au-dessus de l'Arctique. Chaque ensemble correspond à deux scénarios d'aérosols différents qui diffèrent l'un à l'autre par un seul paramètre, incluent l'effet d'acidification, l'approche alpha-PDF et la nucléation par contact. Cette classification permet d'étudier la sensibilité du climat arctique hivernal à l'effet des paramètres en question. Les résultats indiquent que, contrairement à l'attente intuitive, la contribution des NGs de contact sur la formation de cristaux de glace dans les nuages arctiques hivernal est très faible (anomalie moyenne négative de forçage des nuages de -0.03 W/m2 au sommet de l'atmosphère et -1.02 W/m2 à la surface et anomalie de température négligeable) et cet effet est encore plus faible dans une masse d'air acidifiée. Donc, la microstructure des nuages est modifiée mais pas suffisamment pour faire une différence significative sur le bilan radiatif. Aussi, le paramétrage PDF n'a pas un grand effet sur la microstructure des nuages et le bilan énergétique (anomalie moyenne négative de forçage des nuages de -0.83 W/m2 au sommet de l'atmosphère et -0.69 W/m2 à la surface et anomalie de température négligeable aux milieux non acide). Ces résultats montrent donc que l'altération de la nucléation par contact lorsque les NGs sont recouverts d'acide a un effet négligeable comparé à la même altération sur les NGs de déposition, et ce peu importe l'approche utilisée pour l'angle de contact.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : noyaux glaçogènes, nucléation par contact, nucléation par déposition, nuages arctiques
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