Les infrastructures vertes multifonctionnelles en Île-de-France : de la connaissance à l'action

06/03/2025 09:00

La sobriété dans nos métiers. Vers un positionnement IPSL ?

13/02/2025 09:00

Gaz à effet de serre et finance verte

06/02/2025 09:00

Observation par satellite des nuages de glace perturbés

19/07/2023 14:00

L’exposé de Johannes Quaas combine des études sur les perturbations des nuages de glace en analysant les observations par satellite. The talk combines studies of perturbations to ice clouds by analysing satellite observations.

The art of climate model evaluation : example of ENSO

18/07/2023 11:00

Climate models help us understand the complexity of Earth’s climate, forecast the next seasons and predict the influence of anthropogenic forcings. It is therefore important to evaluate the performance of these models relative to observational datasets, to build confidence and to improve them.

Sea level extremes and compounding marine heatwaves in coastal Indonesia

18/07/2023 11:00

Low-lying island nations like Indonesia are vulnerable to sea level Height EXtremes (HEXs). When compounded by marine heatwaves, HEXs have larger ecological and societal impact. Here we combine observations with model simulations, to investigate the HEXs and Compound Height-Heat Extremes (CHHEXs) along the Indian Ocean coast of Indonesia in recent decades.

Local wintertime Arctic air pollution

07/03/2025 10:00

English

In recent years there has been an increased drive to understand local sources of air pollution in the Arctic. The Fairbanks area in interior Alaska (United States) is representative of an Arctic area subject to severe wintertime pollution episodes, when extremely cold temperatures drive high emission demands. Moreover, limited solar radiation, strong surface radiative cooling and orographic features promote stable meteorological conditions in the wintertime atmospheric boundary layer (ABL) that trap air pollutants. This thesis uses the Lagrangian FLEXPART-WRF model, including detailed surface and elevated power plant emissions, to investigate the dispersion of local air pollutants in the Fairbanks area. Ground-based and vertical profile observations from the ALPACA-2022 field campaign are used for model validation. The results reveal the importance of accounting for boundary layer stability to improve the simulation of power plant plumes aloft. A cold-temperature dependence for NO_x (NO + NO₂) emissions from diesel vehicles is required to reduce large negative biases in simulated surface NO_x concentrations. Positive model biases in surface SO₂ are markedly driven by the modelled vertical mixing of space heating emissions. Power plant contributions to surface pollution range between 0.3-2.7 ppb SO₂ and 0.6 to 6.4 ppb NO_x on average at breathing level (0-10 m), mainly from power plants with short stacks (< 30 m). These results emphasize the need for improved local emission inventories in cold winter environments and improved simulation of Arctic wintertime boundary layer meteorology, especially since local Arctic emissions are expected to increase in line with future Arctic development and warming.

 

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Français

Depuis quelques années, les sources locales de pollution de l’air dans l’Arctique sont de plus en plus étudiées. La région de Fairbanks, en l’Alaska (États-Unis), est représentative d’une zone arctique sujette à des épisodes intenses de pollution hivernale, lorsque des températures extrêmement basses entraînent de fortes d’émissions. De plus, le rayonnement solaire limité, le refroidissement radiatif important de la surface et les caractéristiques orographiques favorisent des conditions météorologiques stables dans la couche limite atmosphérique (ABL) en hiver, qui piègent les polluants atmosphériques. Cette thèse utilise le modèle lagrangien FLEXPART-WRF, y compris les émissions détaillées des centrales électriques en surface et en altitude, pour étudier la dispersion des polluants atmosphériques locaux dans la région de Fairbanks. Les observations au sol et les profils verticaux de la campagne de terrain ALPACA-2022 sont utilisés pour la validation du modèle. Les résultats révèlent l’importance de la prise en compte de la stabilité de la couche limite pour améliorer la simulation des panaches de centrales électriques en altitude. Une prise en compte de la température froide pour les émissions de NO_x (NO + NO₂) des véhicules diesel est nécessaire pour réduire les biais négatifs importants dans les concentrations simulées de NO_x en surface. Les biais positifs du modèle en ce qui concerne le SO₂ de surface sont nettement induits par le mélange vertical modélisé des émissions de chauffage des locaux. Les contributions des centrales électriques à la pollution de surface représentent entre 0,3 et 2,7 ppb de SO₂ et entre 0,6 et 6,4 ppb de NO_x en moyenne au niveau de la respiration (0-10 m), principalement à partir de centrales électriques équipées de cheminées courtes (< 30 m). Ces résultats soulignent la nécessité d’améliorer les inventaires d’émissions locales dans les environnements arctiques ainsi que la simulation de la météorologie de la couche limite hivernale arctique, d’autant plus que les émissions locales devraient augmenter avec le développement futur de la région et avec son réchauffement.

Impacts de la dégradation de la cryosphère sur Mars et en Arctique

19/02/2025 14:00

Mes recherches se focalisent sur l’étude de la cryosphère de Mars et de la dynamique du pergélisol en Arctique. Sur Mars, je me suis concentré sur l’analyse des plaines nord où j’ai co-dirigé un projet européen de cartographie de modelés glaciaires et périglaciaires reconstituant leur histoire climatique récente. En utilisant des données de télédétection, associées à des études de terrain en Arctique, mes travaux ont révélé un pergélisol riche en glace (>50% de glace en volume) similaire à l’Arctique. Ce pergélisol a été fortement dégradé ultérieurement par sublimation.

En Arctique, mes travaux s’intéressent aux impacts du dégel du pergélisol riche en glace en Sibérie et au Canada. Le dégel du pergélisol provoque la formation rapide de lacs thermokarstiques et un transfert rapide de matière organique menant à des émissions importantes de gaz à effet de serre. J’ai coordonné des projets comme le projet international PRISMARCTYC avec une approche interdisciplinaire. En parallèle, je me suis investi activement dans la communication scientifique et la sensibilisation au changement climatique, notamment auprès des jeunes publics.

Caractérisation expérimentale et modélisation de la dispersion atmosphérique en vent faible et en milieu bâti

11/02/2025 14:00

La dispersion atmosphérique en conditions de vent faible est souvent mal prise en compte voire négligée dans les études d’impact. Dans de telles conditions, les mécanismes de dispersion subissent des modifications importantes, les propriétés de la turbulence (spectre, anisotropie) sont sensiblement différentes, et le méandrement, caractérisé par des oscillations de basse fréquence de la direction du vent à l’échelle sub-méso, devient souvent prédominant, entraînant une forte variation de la concentration sur une large plage angulaire autour de la source. Le développement de modèles prenant en compte ces processus est d’autant plus difficile que l’on constate un manque de données expérimentales pour ce type de situations, notamment en milieu bâti.

La thèse inclut un volet expérimental et un volet modélisation. La partie expérimentale réalisée au SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique, installé sur le campus de l’école Polytechnique à Palaiseau en milieu péri-urbain) comporte deux parties. La première est dédiée à l’analyse statistique de mesures haute fréquence des composantes du vent sur une période de trois ans pour étudier les propriétés du méandrement et son interaction avec la turbulence. La seconde consiste en la réalisation et l’analyse de campagnes de mesures pour acquérir des données expérimentales de dispersion d’un gaz traceur (Hélium) en milieu bâti et en conditions de vent faible.

La partie modélisation porte sur la définition et la validation d’une méthodologie de modélisation CFD avec le code open source code_saturne adaptée à ces situations, en s’appuyant sur les cas documentés pendant les campagnes expérimentales, notamment ceux présentant du méandrement. Quatre approches de type RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) ou URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes) sont étudiées :

• Une simulation en régime stationnaire intégrant des conditions aux limites constantes ;
• Une simulation pseudo-instationnaire impliquant une combinaison de cas stationnaires, réalisée avec différentes conditions d’entrée représentatives de la variation temporelle des conditions météorologiques pendant l’essai ;
• Une simulation stationnaire avec modification de la diffusion horizontale ;
• Une simulation en régime instationnaire avec des conditions aux limites variables.

 

Dans le but de valider les différentes approches, des comparaisons entre les résultats de modélisation obtenus et les mesures ont été réalisées, tant pour les variables dynamiques que pour la concentration du traceur.