La Zone de Convection du Pacifique Sud (ZCPS) est le siège d'une importante activité volcanique de dégazage continue de SO2 de l'ordre de 17.1 kT.j-1 à l'origine de la formation de particules sulfatées dont un tiers provient du volcan Ambrym (Vanuatu). Une étude régionale combinant observations multi-satellites et modélisation couplant dynamique et chimie atmosphérique (WRF-Chem/GOCART) est conduite de manière à décrire le rôle du dégazage volcanique troposphérique sur la composition atmosphérique en aérosols. Les mesures des instruments OMI, CALIOP et MODIS sont utilisées dans le processus d'ajustement du modèle et de validation des champs simulés de l'épaisseur optique des aérosols (AOD). Dans un contexte pauvre en mesures de terrain et relativement pristine, l'AOD constitue une métrique appropriée pour vérifier la qualité des simulations et conduire des tests de sensibilité portant sur les termes sources (les émissions) et puits (le lessivage) contrôlant le budget du Soufre. En retour, les résultats des simulations régionales mettent en exergue l'incapacité de l'algorithme de détection des aérosols de CALIOP à distinguer les panaches volcaniques chargés en sulfates évoluant dans la basse troposphère. Les termes de tendance de l'équation d'évolution du Soufre permettent de comprendre les processus clés à l'origine de la distribution des espèces volcaniques dans la troposphère tropicale, qui sont largement dictés par la dynamique et les propriétés de la ZCPS. Dans sa marge convective Ouest, les gaz en partie piégés sous l'inversion thermique s'oxydent dans l'air humide principalement en phase aqueuse. Les particules sulfatées advectées vers l'Indonésie sont à l'origine d'une anomalie de l'AOD correctement reproduite dans le modèle. Repris en altitude par la circulation de Hadley après leur ventilation au dessus des eaux chaudes, une partie est de nouveau transférée vers la basse troposphère du Pacifique Sud par les mouvements subsidents. Le rôle de l'évaporation des pluies stratiformes semble significatif dans le transfert des espèces chimiques depuis la couche nuageuse vers la surface.
Mais en évoluant sous la zone d'inversion, les panaches d'Ambrym contrôlent les propriétés physiques de la basse couche nuageuse. Après une sélection rigoureuse des observations MODIS et CloudSat non contaminées par les nuages élevés, les mesures satellites montrent sans équivoque l'augmentation de l'albédo des nuages bas et la réduction de la pluviosité sous l'effet des particules sulfatées. La réduction la plus efficace des précipitations concerne les nuages stratiformes peu précipitants. La stratification des observations par régime thermodynamique indique une réponse de l'albédo nuancée en fonction des conditions de stabilité et du taux d'humidité dans la zone d'inversion. En air instable mais aussi en air stable et sec en altitude, le budget en eau nuageuse des nuages pollués tend à diminuer, limitant l'augmentation de la réflectivité des nuages. Le dégazage volcanique peut donc interagir avec la ZCPS, en modifiant le budget hydrologique et en perturbant le transfert radiatif. L'évaluation quantitative est cependant compliquée par la forte variabilité météorologique de la région et l'occultation des scènes sous l'effet de la convection. |
The South Pacific Convergence Zone (SPCZ) holds one of the largest volcanic degassing activity on Earth with a SO2 emission rate of 17.1 kT.d-1, which form sulfate aerosols. Ambrym volcano (Vanuatu) accounts for one third of that rate. By combining satellite observations with outputs from a regional WRF-Chem/GOCART configuration, the influence of the tropospheric volcanic degassing on the atmospheric aerosol composition is investigated. OMI, CALIOP and MODIS observations are used to both adjust the model and validate the simulated fields of aerosol optical depth (AOD). In a context where in situ data are sparse and the atmosphere pristine, observed AOD is shown to be appropriated to test the model skill and especially the role of source and sink terms on the sulfur budget. In return, results from the model outline limitations in the aerosol detection scheme of CALIOP, which fails to detect low lying sulfate rich plume. Examination of tendency terms of the sulfur budget equation permit to isolate keys processes involved in the distribution of volcanic species in the tropical troposphere. These are determined by the dynamics and properties of the SPCZ. Along its western convective margin, the oxidation of gases below the trade inversion occurs mainly in aqueous phase. Sulfate particles advected toward Indonesia form an AOD anomaly, which is well reproduced in the model. After being vented above warm waters, and conveyed in the poleward branch of the Hadley cell, a fraction of volcanic species reaches the lower troposphere of the South Pacific through subsiding motions across the trade inversion. Aerosol resuspension due to evaporating droplets is shown to be significant in the repartition of chemical species from the cloud layer to surface. But below the trade inversion, low lying plumes from Ambrym also control the physical properties of the low level cloud layer. After a sharp data screening of MODIS and CloudSat observations, we show that sulfate particles perturb microphysics promoting cloud albedo enhancement and precipitation suppression. Rain in light drizzling stratiform clouds is efficiently suppressed by aerosols. Observations stratified by thermodynamic regimes point out the large dependency of the cloud albedo response to the lower static stability and relative humidity above the cloud layer. Changes in the cloud condensed water budget indicate that clouds perturbed by aerosols are most sensitive to evaporation in instable air, but also in stable air with a dry inversion layer. Hence the volcanic degassing interacts with the SPCZ by modifying both the hydrological cycle and radiative transfer. Yet, their precise evaluations are complicated by the large variability of the meteorology in the region and data contamination due to the convective activity. |