Campagne de mesure dans le Sud des Vosges en 2009 et 2010 : Note concernant la modélisation régionale

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1 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Campagne de mesure dans le Sud des Vosges en 29 et 21 : Note concernant la modélisation régionale ASPA ID Version du 2 mai 211 Conditions de diffusion : - Diffusion libre pour une réutilisation ultérieure des données dans les conditions ci-dessous. - Toute utilisation partielle ou totale de ce document doit faire référence à l ASPA en terme de «Source d information ASPA ID». - Données non rediffusées en cas de modification ultérieure des données. - Sur demande, l ASPA met à disposition les caractéristiques des techniques de mesures et des méthodes d exploitation des données mises en œuvre ainsi que les normes d environnement en vigueur. - Les données contenues dans ce document restent la propriété de l ASPA. - L ASPA peut rediffuser ce document à d autres destinataires. ASPA ID Version du 2 mai 211 1/11

2 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Objectifs Il y avait trois objectifs principaux de la campagne de mesure dans le Sud des Vosges par rapport à la modélisation régionale : Evaluer les concentrations de PM1 modélisées dans les Vosges : La plate-forme inter-régionale de modélisation Atmo~rhenA / PREV EST fournit quotidiennement sur toute l Alsace, sur les reliefs comme en plaine, des concentrations de PM1. En plaine, les résultats du modèle sont régulièrement évalués par rapport aux données des 8 stations permanentes mesurant les PM1. Mais sur les reliefs vosgiens, les sorties du modèle en PM1 n ont encore jamais été confrontées à des mesures. Compléter la correction spatialisée des modélisations (prévisions et analyses) : Jusqu en 29 les données de la station Hautes-Vosges faisaient office de référence pour le Sud des Vosges pour la spatialisation de l adaptation statistique des prévisions ainsi que pour la correction des cartes des indicateurs du reporting européen. Cette station ayant été arrêtée pour des raisons techniques, les modélisations restent désormais «brutes» dans cette zone. Ainsi l historique des données de la campagne de mesure sera utilisé pour passer à 6 points d adaptation statistique en PM1 et repasser à 8 points en ozone et NO2. Les données de la campagne seront également utilisées pour corriger les cartes d indicateurs du reporting européen. Contribuer à évaluer la pertinence de la création d une station dans le Sud des Vosges : Afin de permettre une évaluation des modélisations de PM1 dans les Vosges en continu, et afin de garantir qu une correction à court (prévision) et long (reporting) terme de la modélisation dans la zone du Sud des Vosges est pertinente, l idéal serait que des mesures dans le Sud des Vosges soient pérennisées. Une station de mesures interrégionale, dont la création est envisagée au Ballon d Alsace, répondrait à ces besoins, d autant que ce point géographique, en entrée Sud-Ouest de la plaine d Alsace et à haute altitude, est stratégique pour la qualité de l air. Cette note présente : - pour les PM1 : une comparaison des mesures de la campagne et des prévisions de PREV EST au Grand Ballon et au Ballon d Alsace, - pour l ozone et le NO2 : une comparaison mesures/modèle pour la remorque (Grand Ballon et au Ballon d Alsace) et pour les autres stations des Vosges (Vosges Moyennes et Vosges du Nord). ASPA ID Version du 2 mai 211 2/11

3 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Présentation des données Mesures : La remorque (code d extraction POLAIR 24) a été installée (voir figures ci-dessous) : - du 6 juillet au 7 octobre 29 au Grand Ballon (maille 37:44 du domaine «4km» de PREVEST) avec une mesure de PM1 par TEOM corrigée par la station Mulhouse Nord, - du 4 décembre 29 au 12 mai 21 au Ballon d Alsace (maille 4:46 du domaine «4km» de PREVEST) avec une mesure de PM1 par TEOM corrigée par la station Mulhouse Nord, - du 17 juillet au 7 décembre 21 au Ballon d Alsace avec une mesure PM1 par FDMS. Le premier point de mesure a été remplacé car il était inaccessible en hiver sans risquer d endommager le matériel de mesure, et à cause de la possible création d une station interrégionale au Ballon d Alsace rendant ce point de mesure plus intéressant. Implantation de la remorque au Grand Ballon ( N ; E ; 1177m) Implantation de la remorque au Ballon d Alsace ( N ; E ; 1143 m) Modèle : Pour les comparaisons avec le modèle, afin de ne pas alourdir le document on utilise les sorties de Atmo~rhenA / PREV EST à J. Les sorties «PM1» du modèle sont utilisées, c'est-à-dire celles contenant la fraction volatile. ASPA ID Version du 2 mai 211 3/11

4 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Mesures de PM1 dans les Vosges et comparaison avec la modélisation Les graphiques ci-dessous présentent les moyennes journalières de PM1 mesurées (en rouge) au Ballon d Alsace (1 er graphique) et au Grand Ballon (2 ème et 3 ème graphiques), en parallèle des concentrations modélisées (en bleu). Les moyennes journalières mesurées en plaine sont représentées en grisé à titre de comparaison. Moyennes journalières de PM1 [ g/m 3 ] /7/29 Moyennes journalières de PM1 mesurées et modélisées au Grand Ballon du 7 juillet au 6 octobre 29 Trois Frontières - Mesures - PM1_Cor Mulhouse Sud - Mesures - PM1_Cor Mulhouse Nord - Mesures - PM1_Cor Strasbourg Nord - Mesures - PM1_Cor Strasbourg Est - Mesures - PM1_FDMS Nord Est Alsace - Mesures - PM1_Cor Colmar Centre - Mesures - PM1_Cor Colmar Est - Mesures - PM1_Cor Grand Ballon - Modèle - PM1 Grand Ballon - Mesures - PM1_Cor Grand Ballon - Mesures - PM1 9/7/29 11/7/29 13/7/29 15/7/29 17/7/29 19/7/29 21/7/29 23/7/29 25/7/29 27/7/29 29/7/29 31/7/29 2/8/29 4/8/29 6/8/29 8/8/29 1/8/29 12/8/29 14/8/29 16/8/29 18/8/29 2/8/29 22/8/29 24/8/29 26/8/29 28/8/29 3/8/29 1/9/29 3/9/29 5/9/29 7/9/29 9/9/29 11/9/29 13/9/29 15/9/29 17/9/29 19/9/29 21/9/29 23/9/29 25/9/29 27/9/29 29/9/29 1/1/29 3/1/29 5/1/29 Moyennes journalières de PM1 [ g/m 3 ] Moyennes journalières de PM1 mesurées et modélisées au Ballon d'alsace du 5 déc. 29 au 12 mai 21 Trois Frontières - Mesures - PM1_Cor Mulhouse Sud - Mesures - PM1_Cor Mulhouse Nord - Mesures - PM1_Cor Strasbourg Nord - Mesures - PM1_Cor Strasbourg Est - Mesures - PM1_FDMS Nord Est Alsace - Mesures - PM1_Cor Colmar Centre - Mesures - PM1_Cor Colmar Est - Mesures - PM1_Cor Ballon d'alsace - Modèle - PM1 Ballon d'alsace - Mesures - PM1_Cor Ballon d'alsace - Mesures - PM1 5/12/29 8/12/29 11/12/29 14/12/29 17/12/29 2/12/29 23/12/29 26/12/29 29/12/29 1/1/21 4/1/21 7/1/21 1/1/21 13/1/21 16/1/21 19/1/21 22/1/21 25/1/21 28/1/21 31/1/21 3/2/21 6/2/21 9/2/21 12/2/21 15/2/21 18/2/21 21/2/21 24/2/21 27/2/21 2/3/21 5/3/21 8/3/21 11/3/21 14/3/21 17/3/21 2/3/21 23/3/21 26/3/21 29/3/21 1/4/21 4/4/21 7/4/21 1/4/21 13/4/21 16/4/21 19/4/21 22/4/21 25/4/21 28/4/21 1/5/21 4/5/21 7/5/21 1/5/21 Moyennes journalières de PM1 [ g/m 3 ] Moyennes journalières de PM1 mesurées et modélisées au Ballon d'alsace du 17 juillet au 7 décembre 21 Trois Frontières - Mesures - PM1_Cor Mulhouse Sud - Mesures - PM1_Cor Mulhouse Nord - Mesures - PM1_Cor Strasbourg Nord - Mesures - PM1_Cor Strasbourg Est - Mesures - PM1_FDMS Nord Est Alsace - Mesures - PM1_Cor Colmar Centre - Mesures - PM1_Cor Colmar Est - Mesures - PM1_Cor Ballon d'alsace - Modèle - PM1 Ballon d'alsace - Mesures - PM1_FDMS 17/7/21 19/7/21 21/7/21 23/7/21 25/7/21 27/7/21 29/7/21 31/7/21 2/8/21 4/8/21 6/8/21 8/8/21 1/8/21 12/8/21 14/8/21 16/8/21 18/8/21 2/8/21 22/8/21 24/8/21 26/8/21 28/8/21 3/8/21 1/9/21 3/9/21 5/9/21 7/9/21 9/9/21 11/9/21 13/9/21 15/9/21 17/9/21 19/9/21 21/9/21 23/9/21 25/9/21 27/9/21 29/9/21 1/1/21 3/1/21 5/1/21 7/1/21 9/1/21 11/1/21 13/1/21 15/1/21 17/1/21 19/1/21 21/1/21 23/1/21 25/1/21 27/1/21 29/1/21 31/1/21 2/11/21 4/11/21 6/11/21 8/11/21 1/11/21 12/11/21 14/11/21 16/11/21 18/11/21 2/11/21 22/11/21 24/11/21 26/11/21 28/11/21 3/11/21 2/12/21 4/12/21 6/12/21 Les deux jours de dépassement de la valeur limite de 5 μg/m³ en moyenne journalière au Ballon d Alsace les 18 et 19 avril 21, qui correspondent à l éruption du volcan Eyjafjallajokull, ne sont pas reproduits par le modèle (absence dans les émissions de ce type de phénomènes imprévus). Ces deux jours sont retirés des échantillons pour le calcul des scores de modélisation. On constate que : 1) l ordre de grandeur des concentrations modélisées est acceptable en été au Grand Ballon (PM1_Cor) ; 2) le modèle reproduit la hausse des niveaux de particules à l automne 29 au Grand Ballon (PM1_Cor) ; 3) le modèle a tendance à sous-estimer les niveaux de particules pendant la campagne hivernale au Ballon d Alsace (PM1_Cor) et pendant la majorité de la campagne avec FDMS (Ballon d Alsace) ; 4) On note un décrochage total entre les mesures au Ballon d Alsace avec FDMS et les mesures en plaine ASPA ID Version du 2 mai 211 4/11

5 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en ainsi que le modèle en juillet/août et novembre 21 ; 5) Globalement les moyennes journalières des mesures FDMS et du modèle paraissent dé-corrélées. Le tableau suivant donne les indicateurs classiques de modélisation associés à ces séries temporelles : Grand Ballon Ballon d'alsace Ballon d'alsace "été" 7 juillet au 6 octobre 29 "hiver" 5 décembre 29 au 12 mai 21 "mixte" 1er juillet au 1 décembre 21 Indicateur \ Mesure utilisée PM1 PM1_Cor PM1 PM1_Cor PM1_FDMS Coefficient de corrélation [ ],584,621,523,656,358 Coefficient de détermination [ ],341,386,273,43,128 Biais (modèle mesure) [ g/m 3 ] 6,3 2,23 3,2 7,87 7,52 Erreur absolue [ g/m 3 ] 6,52 4,77 5,93 8,83 1,1 Ces résultats confirment les observations faites sur les séries temporelles. On trouve les corrélations les plus significatives pour l été au Grand Ballon et l hiver au Ballon d Alsace, avec des coefficients de corrélation (racine carrée du coefficient de détermination) de,621 et,656 entre les mesures de PM1 corrigées et la sortie modèle. La figure ci-dessous présente les moyennes journalières de PM1 modélisées en fonction des moyennes journalières mesurées pendant les trois périodes de la campagne et sur les deux sites : 6 Moyennes journalières de PM1 dans le Sud des Vosges en 29 et 21 : modèle versus mesure Moyennes modélisées [ g/m 3 ] y = 1,2272x + 3,5583 R² =,3411 y =,837x + 4,7157 R² =,386 y =,4527x + 3,244 R² =,3943 y =,4627x + 7,8435 R² =,257 y =,5139x + 3,1794 R² =, Moyennes journalières mesurées [ g/m 3 ] Eté - Grand Ballon - PM1_Cor - 6 juillet au 7 octobre 29 Hiver - Ballon d'alsace - PM1_Cor - 5 décembre 29 au 12 mai 21 Mixte - Ballon d'alsace - PM1_FDMS - 17 juillet au 7 décembre 21 Eté - Grand Ballon - PM1-6 juillet au 7 octobre 29 Hiver - Ballon d'alsace - PM1-5 décembre 29 au 12 mai 21 Linéaire (Eté - Grand Ballon - PM1_Cor - 6 juillet au 7 octobre 29) Linéaire (Hiver - Ballon d'alsace - PM1_Cor - 5 décembre 29 au 12 mai 21) Linéaire (Mixte - Ballon d'alsace - PM1_FDMS - 17 juillet au 7 décembre 21) Linéaire (Eté - Grand Ballon - PM1-6 juillet au 7 octobre 29) Linéaire (Hiver - Ballon d'alsace - PM1-5 décembre 29 au 12 mai 21) Les PM1 issues du modèle sont mieux corrélées avec les mesures de PM1 corrigées qu avec les mesures de PM1 non corrigées, ce qui correspond au fait que la fraction volatile est incluse dans les sorties PM1 de CHIMERE (à noter que les coefficients de détermination pour la période hivernale sur ce graphique diffèrent de ceux du tableau pour lequel les 18 et 19 avril 21 ont été retirés de l échantillon). ASPA ID Version du 2 mai 211 5/11

6 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Les graphiques suivants montrent la répartition chimique des PM1 de CHIMERE vis-à-vis des mesures de PM1_Cor ou PM1_FDMS pour les trois périodes de mesure : 8 Moyennes journalières de PM modélisées au Grand Ballon du 7 juillet au 6 octobre 29 Moyennes journalières de PM [ g/m 3 ] PSOA PPPM PNH3 PHNO3 PH2SO4 PDUST PM1_Cor - Mesures 7/7/29 9/7/29 11/7/29 13/7/29 15/7/29 17/7/29 19/7/29 21/7/29 23/7/29 25/7/29 27/7/29 29/7/29 31/7/29 2/8/29 4/8/29 6/8/29 8/8/29 1/8/29 12/8/29 14/8/29 16/8/29 18/8/29 2/8/29 22/8/29 24/8/29 26/8/29 28/8/29 3/8/29 1/9/29 3/9/29 5/9/29 7/9/29 9/9/29 11/9/29 13/9/29 15/9/29 Moyennes journalières de PM [ g/m 3 ] 17/9/29 19/9/29 21/9/29 23/9/29 25/9/29 27/9/29 29/9/29 1/1/29 3/1/29 5/1/ Moyennes journalières de PM modélisées au Ballon d'alsace du 5 décembre 29 au 12 mai 21 PSOA PPPM PNH3 PHNO3 PH2SO4 PDUST PM1_Cor - Mesures 5/12/29 9/12/29 13/12/29 Moyennes journalières de PM [ g/m 3 ] 17/12/29 21/12/29 25/12/29 29/12/29 2/1/21 6/1/21 1/1/21 14/1/21 18/1/21 22/1/21 26/1/21 3/1/21 3/2/21 7/2/21 11/2/21 15/2/21 19/2/21 23/2/21 27/2/21 3/3/21 7/3/21 11/3/21 15/3/21 19/3/21 23/3/21 27/3/21 31/3/21 4/4/21 8/4/21 12/4/21 16/4/21 2/4/21 24/4/21 28/4/21 2/5/21 6/5/21 1/5/ Moyennes journalières de PM modélisées au Ballon d'alsace du 17 juillet au 7 décembre 21 PSOA PPPM PNH3 PHNO3 PH2SO4 PDUST PM1_Cor - Mesures 17/7/21 2/7/21 23/7/21 26/7/21 29/7/21 1/8/21 4/8/21 7/8/21 1/8/21 13/8/21 16/8/21 19/8/21 22/8/21 25/8/21 28/8/21 31/8/21 3/9/21 6/9/21 9/9/21 12/9/21 15/9/21 18/9/21 21/9/21 24/9/21 27/9/21 3/9/21 3/1/21 6/1/21 9/1/21 12/1/21 15/1/21 18/1/21 21/1/21 24/1/21 27/1/21 3/1/21 2/11/21 5/11/21 8/11/21 11/11/21 14/11/21 17/11/21 2/11/21 23/11/21 26/11/21 29/11/21 2/12/21 5/12/21 On rappelle qu en sortie de CHIMERE en configuration de prévision 29/21 à l ASPA, les espèces suivantes sont disponibles : - pppm : Espèces primaires d origine anthropique (carbone élémentaire et organiques, poussières industrielles), - pdust : poussières désertiques, - psoa : poussières organiques secondaires anthropiques et biotiques, - ph2so4 : sulfates secondaires, - phno3 : nitrates secondaires, - pnh3 : ammonium primaire Le décrochage des moyennes mesure/modèle en juillet/août et novembre 21 est d autant surprenant que le modèle ne calcule pas pour ces périodes de fraction volatile importante (PNH3 et PHNO3). ASPA ID Version du 2 mai 211 6/11

7 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Mesures de l ozone dans les Vosges et comparaison avec la modélisation Les graphiques ci-dessous présentent les maxima journaliers d ozone mesurés (en rouge) au Ballon d Alsace (1 er graphique) et au Grand Ballon (2 ème et 3 ème graphiques), en parallèle des concentrations modélisées (en bleu). Les maxima journaliers mesurés et modélisés pour les autres stations vosgiennes sont représentés en grisé et en mauve à titre de comparaison. Maxima journaliers d'ozone [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone mesurés et modélisés au Grand Ballon du 7 juillet au 6 octobre 29 7/7/29 9/7/29 11/7/29 13/7/29 15/7/29 17/7/29 19/7/29 21/7/29 23/7/29 25/7/29 27/7/29 29/7/29 31/7/29 2/8/29 4/8/29 6/8/29 8/8/29 1/8/29 12/8/29 14/8/29 16/8/29 18/8/29 2/8/29 22/8/29 24/8/29 26/8/29 28/8/29 3/8/29 1/9/29 3/9/29 5/9/29 7/9/29 9/9/29 11/9/29 13/9/29 15/9/29 17/9/29 19/9/29 21/9/29 23/9/29 25/9/29 27/9/29 29/9/29 1/1/29 3/1/29 5/1/29 Vosges Moyennes - Modèle Vosges Moyennes - Mesures Grand Ballon - Modèle Grand Ballon - Mesures Maxima journaliers d'ozone [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone mesurés et modélisés au Ballon d'alsace du 5 décembre 29 au 12 mai 21 Vosges Moyennes - Modèle Vosges Moyennes - Mesures Ballon d'alsace - Modèle Ballon d'alsace - Mesures 5/12/29 8/12/29 11/12/29 14/12/29 17/12/29 2/12/29 23/12/29 26/12/29 29/12/29 1/1/21 4/1/21 7/1/21 1/1/21 13/1/21 16/1/21 19/1/21 22/1/21 25/1/21 28/1/21 31/1/21 3/2/21 6/2/21 9/2/21 12/2/21 15/2/21 18/2/21 21/2/21 24/2/21 27/2/21 2/3/21 5/3/21 8/3/21 11/3/21 14/3/21 17/3/21 2/3/21 23/3/21 26/3/21 29/3/21 1/4/21 4/4/21 7/4/21 1/4/21 13/4/21 16/4/21 19/4/21 22/4/21 25/4/21 28/4/21 1/5/21 4/5/21 7/5/21 1/5/21 Maxima journaliers d'ozone [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone mesurés et modélisés au Ballon d'alsace du 17 juillet au 7 décembre 21 Vosges Moyennes - Modèle Vosges Moyennes - Mesures Ballon d'alsace - Modèle Ballon d'alsace - Mesures 17/7/21 2/7/21 23/7/21 26/7/21 29/7/21 1/8/21 4/8/21 7/8/21 1/8/21 13/8/21 16/8/21 19/8/21 22/8/21 25/8/21 28/8/21 31/8/21 3/9/21 6/9/21 9/9/21 12/9/21 15/9/21 18/9/21 21/9/21 24/9/21 27/9/21 3/9/21 3/1/21 6/1/21 9/1/21 12/1/21 15/1/21 18/1/21 21/1/21 24/1/21 27/1/21 3/1/21 2/11/21 5/11/21 8/11/21 11/11/21 14/11/21 17/11/21 2/11/21 23/11/21 26/11/21 29/11/21 2/12/21 5/12/21 Remarque sur les mesures : en raison de l altitude, les maxima d ozone mesurés au Ballon d Alsace et au Grand Ballon sont en général supérieurs à ceux mesurés sur les autres sites vosgiens. Concernant l ozone en zone rurale, on constate que l ordre de grandeur des sorties modélisées est acceptable, et que la corrélation entre valeurs modélisées et mesurées est significative. Néanmoins il y a une tendance générale à la sous-estimation par le modèle des valeurs mesurées. ASPA ID Version du 2 mai 211 7/11

8 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Le tableau suivant donne les indicateurs classiques de modélisation associés à ces séries temporelles : Grand Ballon Ballon d'alsace Vosges Moyennes Vosges du Nord Indicateur de modélisation "été" 7 juillet au 6 octobr e 29 "hiver" 4 déc. 29 au 12 mai 21 "mixte" 1er juillet au 1 déc. 21 "été" 7 juillet au 6 oct. 29 "hiver" 4 déc. 29 au 12 mai 21 "mixte" 1er juillet au 1 déc.21 "été" 7 juillet au 6 oct. 29 "hiver" 4 déc.2 9 au 12 mai 21 "mixte " 1er juillet au 1 déc. 21 Coefficient de corrélation [ ],784,791,89,683,845,786,698,783,75 Coefficient de,615,626,791,467,714,617,488,614,562 détermination [ ] Biais (modèle mesure) 6,84 6,64 5,99 1,5 3,37 5,83 1,31 5,41 6,68 [ g/m 3 ] Erreur absolue [ g/m 3 ] 14,5 1,88 8,39 13,71 9,9 1,35 14,61 12,44 13,83 Ces résultats confirment les observations faites sur les séries temporelles. Plus précisément, la corrélation sur les maxima d ozone est très élevée en hiver, comme sur les autres sites, et est la plus élevée des trois sites vosgiens pour l été. Le biais montre que le modèle a tendance à sous-estimer l ozone dans cette zone alors qu il n y a pas de biais significatif pour Vosges du Nord ou Vosges Moyennes. Enfin l erreur est comparable à celle des autres stations. La figure ci-dessous présente les maxima journaliers d ozone modélisés en fonction des maxima journaliers mesurés pendant les trois périodes de la campagne et sur les deux sites (avec pour comparaison les mêmes graphiques pour Vosges Moyennes et Hautes Vosges) : 17 Maxima journaliers d'ozone au Ballon d'alsace et Grand Ballon en 29 et 21 : mesures et modèle Maxima journaliers d'ozone modélisés [ g/m 3 ] y =,846x + 1,798 R² =,6264 y =,7213x + 19,238 R² =,7913 y =,4171x + 54,932 R² =,615 Eté - Grand Ballon - 7 juillet au 6 octobre 29 Hiver - Ballon d'alsace - 5 décembre 29 au 12 mai 21 Mixte - Ballon d'alsace - 17 juillet au 7 décembre 21 Linéaire (Eté - Grand Ballon - 7 juillet au 6 octobre 29) Linéaire (Hiver - Ballon d'alsace - 5 décembre 29 au 12 mai 21) Linéaire (Mixte - Ballon d'alsace - 17 juillet au 7 décembre 21) Maxima journaliers d'ozone mesurés [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone modélisés [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone à Vosges du Nord y =,5486x + 39,184 R² =,6137 y =,4429x + 47,83 R² =, y =,414x + 55,451 R² =, Eté - 7 juillet au 6 octobre 29 6 Hiver - 5 décembre 29 au 12 mai 21 4 Mixte - 17 juillet au 7 décembre 21 Linéaire (Eté - 7 juillet au 6 octobre 29) 2 Linéaire (Hiver - 5 décembre 29 au 12 mai 21) Linéaire (Mixte - 17 juillet au 7 décembre 21) Maxima journaliers d'ozone mesurés [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone modélisés [ g/m 3 ] Maxima journaliers d'ozone à Vosges Moyennes y =,746x + 22,894 R² =,7143 y =,6217x + 34,94 R² =,6174 y =,4391x + 54,63 R² =, Eté - 7 juillet au 6 octobre 29 Hiver - 5 décembre 29 au 12 mai 21 4 Mixte - 17 juillet au 7 décembre 21 Linéaire (Eté - 7 juillet au 6 octobre 29) 2 Linéaire (Hiver - 5 décembre 29 au 12 mai 21) Linéaire (Mixte - 17 juillet au 7 décembre 21) Maxima journaliers d'ozone mesurés [ g/m 3 ] ASPA ID Version du 2 mai 211 8/11

9 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Mesures de NO 2 dans les Vosges et comparaison avec la modélisation Les graphiques ci-dessous présentent les maxima journaliers de NO2 mesurés (en rouge) au Ballon d Alsace (1 er graphique) et au Grand Ballon (2 ème et 3 ème graphiques), en parallèle des concentrations modélisées (en bleu). Les maxima journaliers mesurés et modélisés pour l autre station vosgienne (Vosges du Nord) sont représentés en grisé. Maxima journaliers de NO 2 [ g/m 3 ] Maxima journaliers de NO 2 mesurés et modélisés au Grand Ballon du 7 juillet au 6 octobre 29 Grand Ballon - Modèle Grand Ballon - Mesures 7/7/29 9/7/29 11/7/29 13/7/29 15/7/29 17/7/29 19/7/29 21/7/29 23/7/29 25/7/29 27/7/29 29/7/29 31/7/29 2/8/29 4/8/29 6/8/29 8/8/29 1/8/29 12/8/29 14/8/29 16/8/29 18/8/29 2/8/29 22/8/29 24/8/29 26/8/29 28/8/29 3/8/29 1/9/29 3/9/29 5/9/29 7/9/29 9/9/29 11/9/29 13/9/29 Maxima journaliers de NO 2 [ g/m 3 ] 15/9/29 17/9/29 19/9/29 21/9/29 23/9/29 25/9/29 27/9/29 29/9/29 1/1/29 3/1/29 5/1/ Maxima journaliers de NO 2 mesurés et modélisés au Ballon d'alsace du 5 décembre 29 au 12 mai 21 Ballon d'alsace - Modèle Ballon d'alsace - Mesures 5/12/29 8/12/29 11/12/29 14/12/29 17/12/29 2/12/29 23/12/29 26/12/29 29/12/29 1/1/21 4/1/21 7/1/21 1/1/21 13/1/21 16/1/21 19/1/21 22/1/21 25/1/21 28/1/21 31/1/21 3/2/21 6/2/21 9/2/21 12/2/21 15/2/21 18/2/21 21/2/21 24/2/21 27/2/21 2/3/21 5/3/21 8/3/21 11/3/21 14/3/21 17/3/21 2/3/21 23/3/21 26/3/21 29/3/21 1/4/21 4/4/21 7/4/21 1/4/21 13/4/21 16/4/21 19/4/21 22/4/21 25/4/21 28/4/21 1/5/21 4/5/21 7/5/21 1/5/21 Maxima journaliers de NO 2 mesurés et modélisés au Ballon d'alsace du 17 juillet au 7 décembre 21 7 Maxima journaliers de NO 2 [ g/m 3 ] Ballon d'alsace - Modèle Ballon d'alsace - Mesures 17/7/21 2/7/21 23/7/21 26/7/21 29/7/21 1/8/21 4/8/21 7/8/21 1/8/21 13/8/21 16/8/21 19/8/21 22/8/21 25/8/21 28/8/21 31/8/21 3/9/21 6/9/21 9/9/21 12/9/21 15/9/21 18/9/21 21/9/21 24/9/21 27/9/21 3/9/21 3/1/21 6/1/21 9/1/21 12/1/21 15/1/21 18/1/21 21/1/21 24/1/21 27/1/21 3/1/21 2/11/21 5/11/21 8/11/21 11/11/21 14/11/21 17/11/21 2/11/21 23/11/21 26/11/21 29/11/21 2/12/21 5/12/21 On constate que l ordre de grandeur des concentrations modélisées est bon, et diffère bien notamment des ordres de grandeur modélisés pour les Vosges du Nord, qui par ailleurs s avèrent nettement sous-estimés en hiver. Il n y a pas de biais visible «à l œil nu» pour le Sud des Vosges. La corrélation entre valeurs modélisées et mesurées paraît significative. ASPA ID Version du 2 mai 211 9/11

10 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Le tableau suivant donne les indicateurs classiques de modélisation associés à ces séries temporelles : Indicateur de modélisation "été" 7 juillet au 6 octobre 29 Grand Ballon Ballon d'alsace Vosges du Nord "hiver" 4 décembre 29 au 12 mai 21 "mixte" 1er juillet au 1 décembre 21 "été" 7 juillet au 6 octobre 29 "hiver" 4 décembre 29 au 12 mai 21 "mixte" 1er juillet au 1 décembre 21 Coefficient de corrélation [ ],55,51,58,9,343,327 Coefficient de détermination [ ],33,26,336,8,118,17 Biais (modèle mesure) [ g/m 3 ],18,2,95,1 12,5 5,61 Erreur absolue [ g/m 3 ] 2,97 4,16 3,5 4,39 13,82 8,81 Ces résultats confirment les observations faites sur les séries temporelles. A titre d information la figure ci-dessous présente les maxima journaliers d ozone modélisés en fonction des maxima journaliers mesurés pendant les trois périodes de la campagne : 35 Maxima journaliers de NO 2 au Grand Ballon et au Ballon d'alsace en 29 et 21 : modèle versus mesure Maxima modélisés [ g/m 3 ] y =,4518x + 4,4361 R² =,336 y =,3953x + 5,4756 R² =,264 1 Eté - Grand Ballon - NO2-6 juillet au 7 octobre 29 Hiver - Ballon d'alsace - NO2-5 décembre 29 au 12 mai 21 Mixte - Ballon d'alsace - NO2-17 juillet au 7 décembre 21 5 Linéaire (Eté - Grand Ballon - NO2-6 juillet au 7 octobre 29) y =,3421x + 3,8494 Linéaire (Hiver - Ballon d'alsace - NO2-5 décembre 29 au 12 mai 21) R² =,325 Linéaire (Mixte - Ballon d'alsace - NO2-17 juillet au 7 décembre 21) Maxima journaliers mesurés [ g/m 3 ] Les coefficients de détermination (carré du coefficient de corrélation) sont de l ordre de,3. ASPA ID Version du 2 mai 211 1/11

11 Mesures estivales et hivernales dans le Sud des Vosges en Résumé des résultats PM1 dans les Vosges : Concernant les PM1 corrigées, au Grand Ballon et au Ballon d Alsace, les corrélations modèle/mesures sont tout à fait significatives et les concentrations modélisées sont généralement sous-estimées avec une erreur de l ordre de 7 g/m 3. Le contraste en fonction d une origine locale/primaire (hiver), ou grande échelle (automne, printemps) des concentrations, est bien reproduit par le modèle. Les sorties modèle en revanche ne sont pas corrélées avec les mesures FDMS de la troisième période de campagne. Ozone : Pour l ozone, les comparaisons mesure/modèle sont à peu près conformes à ce que l on attendait par rapport à l expérience des autres stations vosgiennes : valeurs élevées et très bonne corrélation. Néanmoins on note une sous-estimation des maxima de l ordre de 6 g/m 3. NO2 : Enfin pour le NO2, les comparaisons mesure/modèle sont également sans surprises par rapport à l expérience passée de la mesure de ce polluant à Vosges Moyennes : valeurs faibles, biais et erreur faibles et corrélation significative. La modélisation du sud des Vosges est bien meilleure que celle du nord des Vosges (à noter que cette station située à basse altitude est dans certaines conditions influencée par les émissions de NOx). Conclusion Application pour le reporting européen : Les données PM1 de la campagne de mesure, après reconstitution d une moyenne annuelle, seront utilisées pour corriger les cartes du reporting européen. Il en est de même pour les mesures de NO2 et les mesures d ozone s il est possible de reconstruire des AOTs à partir des données disponibles. Application pour la prévision quotidienne : A moyen terme en raison des développements nécessaires, les mesures de la campagne (PM1, O3, NO2) pourraient également contribuer à l amélioration des prévisions quotidiennes de qualité de l air : un nouveau point de correction (attention par RLM, et non forêts aléatoires, en l absence de mesures en direct) pourrait être créé et permettrait de corriger les cartes brutes dans le sud des Vosges. Station interrégionale au Ballon d Alsace : Les données d une station fixe implantée dans les Vosges permettraient globalement de corriger cette zone pour toutes les applications : 1) en s affranchissant des problèmes de reconstitution statistique des moyennes annuelles ou des AOT pour le reporting, 2) en introduisant cette station dans les modèles de forêts aléatoires qui corrigent la prévision plutôt que faire un traitement séparé (qui prendrait du temps de développement et de suivi) pour les RLM. ASPA ID Version du 2 mai /11