L`impact d`une éruption modérée de l`Etna sur la distribution en taille

Laboratoire de Géologie de
l'École Normale Supérieure
L'impact d'une éruption modérée de
l'Etna sur la distribution en taille des
aérosols sous le vent
P. Sellitto, A. di Sarra, S. Corradini, M. Boichu, H. Herbin, P. Dubuisson, G. Sèze,
D. Meloni, F. Monteleone, L. Merucci, J. Rusalem, G. Salerno, P. Briole, B. Legras
Colloque CNFGG 2014, Orléans, France
[email protected]
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Introduction
Activité volcanique → composition chimique de l'atmosphère, transfert de
rayonnement et climat
Effet de plus faible (plus fréquente) activité sur la composition de l'atmosphère
et le bilan radiatif de l'échelle régionale à globale : pas connu/sous-estimé
Nécessité : suivi des panaches des émissions volcaniques de la source aux
régions sous le vent
Étude d'une éruption modérée avec synergie observations/modélisation
Source
Flux de
SO2 et de cendre
Evolution
Obs. satellitaires
SO2 et cendre
MODIS
MODIS
Obs. satellitaires
hauteur nuages
(mouvement verticaux)
Info sur l'activité
de l'Etna
SEVIRI
Série historique INGV
Simulation de
dispersion panache
FLEXPART
Impact
Observations de
SO2 et aérosols
sous le vent
Station mesure
ENEA de Lampedusa
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Données et méthodes
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Observations satellitaires :
● MODIS : concentration de SO sur la colonne - algorithme d'inversion INGV 'VPR-Etna'
2
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initialisé avec données météo de la station WMO Trapani;
MODIS : concentration de la cendre sur la colonne et AOD - algorithme d'inversion LOA
'FASDOM-Split Window' 11-12 μm initialisé avec données météo de la station WMO Trapani ;
MODIS : estimation des flux d'émission de SO2 et cendre – algorithme d'inversion des
émissions de l'INGV en utilisant les champs de vent ECMWF
SEVIRI : pression/altitude du sommet de nuages – algorithme SAFNWC initialisé avec
altitude surface, SST climatologique, etc
Observations depuis le sol @ Lampedusa :
● Spectrophotomètre Brewer : concentration de SO sur la colonne – mesures DS dans
2
●
Photomètre solaire CIMEL
●
Photomètre solaire CIMEL
bandes UV
: AOD, AOD(fine mode), AOD(coarse mode) – réseau
AERONET, algorithme SDA
: distribution en taille des aérosols – observations
almucantar, algorithme de Dubovik-King
MODIS
CIMEL
Brewer
SEVIRI
Données et méthodes
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Simulation de la dispersion du panache – modélisation lagrangienne :
● FLEXPART : séries temporelles des profils de concentration de SO – durée
2
de vie de l'SO2 de 6h estimée avec l'image Aqua-MODIS du 26/10/2013
12h20
● FLEXPART : séries temporelles des profils de concentration de la cendre –
distribution en taille réaliste pour l'Etna (6 classes, distribution lognormale avec rm = 10 μm)
● FLEXPART : trajectoires des masses d'air
Configuration générale pour FLEXPART :
● résolution horizontale : 0.1°x0.1°
● résolution verticale : 137 niveaux – 100-200 m dans la troposphère, 1-2 km
dans la stratosphère
● résolution temporelle des sorties : 20 minutes
● champs de vent pilotes : ECMWF
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
14ème épisode du 2013 ; 37ème dans la séquence commencée en Janvier 2011
Début de
l'activité
strombolienne
au cratère
NSEC le 25/10
12h45 ;
Fontaine de
lave à partir du
26/10 2h00 ;
Formation d'un
panache de
cendre à 7 km
d'altitude qui
s'oriente vers
Sud-Ouest ;
Panache
secondaire à
partir du 26/10
6h20 du cratère
NEC ;
L'activité
s’arrête le 27/10
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Trajectoires FLEXPART
pour la période 25-28/10,
initialisées sur l'Etna :
possible survol à
Lampedusa le 26/10 et 27/10
[t/d]
Émissions de SO2 et cendre
par MODIS (image AquaMODIS du 26/10 12h20) :
Flux de SO2 jusqu'à 1700 t/j
Flux de cendre jusqu'à 800 t/j
Petite éruption dans la série
2000-2014 (données INGVFLAME)
[t/d]
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Dispersion du panache de SO2
MODIS
FLEXPART
Observations MODIS et simulations FLEXPART de la quantité de SO2 sur la
colonne assez cohérentes : panache orienté vers sud-ouest, valeur moyenne
entre 2 et 3 t/km2
Sensibilité verticale de MODIS très limitée : pas de profils
FLEXPART donne un information verticale → impact important sur la durée de
vie de l'SO2 et des aérosols secondaires sulfatés formés
Dispersion du panache de SO2
FLEXPART
Profil de concentration de SO2 au
long de l'axe du panache →
soulèvement des masse d'air et
présence de SO2 volcanique dans la
UT dans une région d'environ 200 km
Série temporelle des concentrations
10-14 km → passage du panache
(jusqu'à 300 ppt) dans la UT de la
région de Lampedusa
Perturbation significative des valeurs
de fond ; durée de vie des aérosols
sulfatés jusqu'à 1-2 mois
Dispersion du panache de SO2
SEVIRI
Données SEVIRI d'hauteur du
sommet des nuages confirment
cette évolution de la distribution
verticale :
éruption à environ 7 km
d'altitude + deux événements de
soulèvement jusqu'à 11 km:
7h00-7h30, 8h45-9h15
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Dispersion du panache de cendre
MODIS
FLEXPART
Observations MODIS de AOD et simulations FLEXPART de la quantité de cendre
sur la colonne assez cohérentes : orientation, maximum proche au volcan
Sensibilité de MODIS aux particules fines de cendre limitée
FLEXPART donne une information spécialisée sur divers classes de la
distribution en taille → attribution de l'impact du mode fin sur la distribution
sous le vent (distinguer son effet de celui des aérosols secondaires sulfatés)
Dispersion du panache de cendre
FLEXPART
Lampedusa
Diamètre
[μm]
0.2
Fraction
[%]
1
0.65
2
2.0
5
6.5
20
20.0
60
65.0
12
Profil de concentration de la cendre au long de l'axe du panache, par classe →
comportement similaire à l'SO2, mode fin (classe 1) semble contribuer peu dans
la région de Lampedusa
Mode fin de la couche d'aérosol sous le vents à Lampedusa dominé par les
aérosols sulfatés
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26/-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Observations à Lampedusa
FMR(26-29/10)=77.6%±3.5%
FMR(01-31/10)=49.0%±18.2%
α(26-29/10)=1.61±0.06
α(01-31/10)=0.92±0.44
Photomètre solaire CIMEL
Petite augmentation de la concentration de
SO2 sur la colonne - obs. Brewer
Variations marquées du rapport modes
fin/grossier (FMR) et de l'exposant d'Angström
(α) en coïncidence avec l'éruption - obs. CIMEL
Distributions en taille dominées par le mode fin
le 26-28/10, et par le mode grossier avant et
après - obs. CIMEL
Impact inusuel de particules fines à
Lampedusa ;
Aérosols secondaires sulfatés candidats plus
forts par rapport à la cendre fine
Plan de la présentation
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Introduction
Données et méthodes
Étude de cas : l'éruption du 26-27/10/2013
Dispersion du panache de SO2
Dispersion du panache de cendre
Observations à Lampedusa
Conclusions
Conclusions
Étude d'une éruption modérée avec synergie observations/modélisation
Synergie observations/modélisation permet une meilleure caractérisation de
l'évolution du panache : distribution verticale, dispersion par classes
d'aérosols, suivi temporelle, connexion avec les effets sous le vent,...
Événement étudié – même si émissions très limitées – capable de perturber la
distribution en taille dans une région sous le vent (distance>350 km)
Variation des paramètres optiques et micro-physiques à Lampedusa indiquent
un fort impact des particules fines : aérosols secondaires sulfatés plutôt que
cendre fine (mais pas d'obs. spécifiques donc c'est une hypothèse !)
Future :
● Développement d'outils : produit de détection d'aérosols sulfatés par
observations satellitaires dans le TIR (session poster)
● Développement d'outils : couplage FLEXPART et modélisation
chimique/microphysique
● Quantification des impacts de l'Etna : étude systématique de l'impact de
l'activité de l'Etna dans le bassin méditerranéen, forçage radiatif régional,
perturbation de la photochimie, rôle dans la formation de cirrus
MERCI POUR VOTRE ATTENTION !
Lever de soleil du sommet de l'Etna,
18/07/2014
Photos de Pierre Briole,
Laboratoire de Géologie de l'ENS
[email protected]