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Validation du modèle global GOCART de NASA et son apport à l'étude des variations mensuelles des phénomènes de sable sur le Sahara Algérien

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par Samir BOUZID
Centre Régional Africain des Sciences et Technologies de l'Espace en Langue Française (Affilié à L'ONU) - Rabat - MAROC - Mémoire de Master en Sciences et Technologies de l'Espace Option : Météorologie Spatiale et Climat Mondial 2005
  

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Chapitre V
LE MODELE GOCART DE NASA

1. DESCRIPTION DU MODELE ET SIMULATION DU SABLE

Ce modèle a été développé conjointement par le Georgia Institute of Technology et la NASA (Goddard Space Flight Center) et porte sur la chimie et le transport des aérosols.

Le modèle fonctionne avec une résolution horizontale de 2° (latitude) X 2.5° (longitude) et une description verticale de 30 niveaux. Les champs météorologiques utilisés proviennent du système d'assimilation et d'observation GEOS-DAS du GSFCNASA (Schubert, 1993). Ces champs incluent le vent, la température, la pression, l'humidité spécifique, les flux convectifs, la couverture nuageuse, les précipitations, la couche limite atmosphérique et les vents de surface. Le modèle GOCART contient différents modules physiques pour la simulation des aérosols :

· Module d'émission des aérosols

· Module de convection humide

· Module de déposition sèche

· Module de déposition humide

Ces quatre modules sont couplés au modèle météorologique pour fournir une prévision des concentrations d'aérosols par catégorie.

2. SIMULATION DU SABLE PAR LE MODELE GOCART

La simulation du sable à partir du modèle GOCART est décrite par Ginoux (2001). L'identification des sources de sable nécessite une approche qui combine les conditions physiques du sol et les conditions atmosphériques. Ainsi, la zone source de sable est construite comme une probabilité de soulèvement d'aérosols à partir d'une dépression topographique. Le modèle GOCART obtient des résultats satisfaisants sur les principales régions sources du monde : Sahara, Sahel, désert de Gobi, désert d'Arabie, désert d'Australie et d'Amérique du Sud. L'émission du sable à partir de la source est calculée en fonction de la vitesse du vent de surface et de l'humidité de surface. Pour caractériser le sable, les particules dont le rayon moyen se situe entre 0.1 et 6 ìm sont prises en compte. Cette plage est divisée en 7 catégories : (0.1 - 0.18 ìm) ; (0.18 - 0.3 ìm) ; (0.3 - 0.6 ìm) ; (0.6 - 1 ìm) ; (1 - 1.8 ìm) ; (1.8 - 3 ìm) ; (3 - 6) ìm (Tegen et al, 1996).

Le flux d'émission Fp pour un groupe d'ordre p parmi les 7 catégories s'exprime par :

Fp = C . S . Sp . (u

10) . (u10 - u t )

2

 

Fp s'exprime en ìgm-2s-1 u10 = vent à 10 m

C = constante d'émission (1 ìgm-2s-1) ut = seuil critique de vitesse d'érosion

S = fonction de probabilité

Sp = fraction du groupe d'ordre p dans le sol

EPAISSEUR OPTIQUE D'AEROSOLS (AOT)

L'épaisseur optique est calculée à partir des indices de réfraction, de la taille des particules et de leurs propriétés hygroscopiques. On suppose que les diamètres suivent une loi log-normale. La relation entre l'épaisseur otique (AOT) et la masse d'aérosols (par unité de surface) s'exprime par :

'r = 3 . Q . M / 4 . p (re )

où re est le rayon effectif des particules et Q le coefficient d'extinction calculé à partir de la théorie de Mie.

On peut utiliser une autre forme : 'r = J3 . Md où J3 = 3 . Q . M / 4 . p . re . Md (on constate que J3 = 'r / Md = AOT / masse sèche d'aérosols )

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"Aux âmes bien nées, la valeur n'attend point le nombre des années"   Corneille