PREV AIR : système opérationnel de prévision et de cartographie de la qualité de l air.

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Tiphaine Truchon
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1 PREV AIR : système opérationnel de prévision et de cartographie de la qualité de l air

2 PREV AIR : Un système coopératif, devenu opérationnel en 2003 (Plan Air de novembre 2003) et bâti sur l acquis de près de 10 ans de recherche scientifique dans le domaine de la modélisation de la qualité de l air. Ses points forts : - Richesse de compétences et d expériences au sein du consortium PREV AIR qui allie chercheurs, spécialistes des analyses d impact et de la réglementation - Des modèles en constante évolution et donc à la pointe du progrès -Une expérience unique en Europe (contraintes opérationnelles) -Complémentarité avec le travail des AASQA ADEME CNRS INERIS CNRM/ Météo France Agence nationale Recherche Institut national sous tutelle du ministère de l Écologie Recherche et Service national de météorologie Élaboration et maintenance de la base de données temps réel BASTER Appui technique au ministère Développement du modèle CHIMERE Elaboration et maintenance de PREV air Appui technique au ministère Développement de CHIMERE Développement de MOCAGE + Fourniture de données météo

3 L avant PREV AIR... Le système POLLUX : premier système de prévision de l ozone et des oxydes d azote utilisant CHIMERE utilisé de manière expérimentale en 1998 sur l Ile de France pour le projet ESQUIF Expériences prolongées en 2000 sur l Ile de France et l Alsace en collaboration avec les AASQA locales A l échelle européenne système expérimental PIONEER mis en place et opéré par le Laboratoire de Météorologie Dynamique (IPSL/LMD) CHIMERE MOCAGE LOTOS (Pays-Bas) pendant quelques mois Expériences de prévision pré-opérationnelle Intercomparaison de modèles et comparaison par rapport aux observations à l échelle européenne Projets soutenus par le PNCA

Qu'est ce que CHIMERE? Un modèle de chimie-transport dédié à la modélisation déterministe de la pollution atmosphérique au sein de la couche limite.

C'est un modèle sous licence GNUgpl téléchargeable à l'adresse suivante: http://euler.lmd.polytechnique.

4 Qu'est ce que CHIMERE? Un modèle de chimie-transport dédié à la modélisation déterministe de la pollution atmosphérique au sein de la couche limite. Il calcule des champs de concentrations horaires d'ozone, NOx, COVs, PM2.5, PM10, etc. sur différents domaines Quels principes de développement? C'est un modèle sous licence GNUgpl téléchargeable à l'adresse suivante: Il peut être forcé par toute météorologie (actuellement ECMWF, ARPEGE, RAMS, NCEP/MM5), turbulence recalculée si nécessaire. Il est optimisé numériquement pour réaliser des simulations climatologiques A quoi sert CHIMERE? Il est développé et utilisé pour: Comprendre des processus physico-chimiques: Analyse Quantifier l'impact de ces processus: Scénario et sensibilité (données ESQUIF, ESCOMPTE etc.) Prévoir: au sein de 35 instituts pour la recherche et/ou pour la prévision, avec plus d'une centaine d'utilisateurs inscrits sur la liste d'information

5 Un modèle en constante évolution Projets de recherche actuellement menés qui aboutiront à court et moyen terme à l amélioration des fonctionnalités de PREV AIR: Prise en compte de processus de plus grande échelle (que 'pays Européen' ou 'Europe') notamment avec la prise en compte: des émissions et du transport des aérosols minéraux d'origine désertiques De conditions aux limites chimiques temporellement plus fines (forcage LMDz- INCA, MOCAGE) De la convection profonde Prise en compte de processus de plus petite échelle: Variabilité sous-maille des concentrations simulées, notamment en milieux urbains Impact de la variabilité du type de surface sur le dépôt sec Impact de la variabilité des secteurs d'activités des émissions Mise en œuvre de la paramétrisation two-stream du mélange vertical basée sur le concept du thermique Prise en compte de nouveaux polluants POPs, métaux lourds Couplage avec la biosphère

6 Un modèle en constante évolution Amélioration de la prévision: Développement et validation d'une prévision d'ensemble basée sur des perturbations à la fois météorologiques (ARPEGE) et chimiques (selon sensibilités avec CHIMERE) Mise en œuvre de prévisions avec des forcages météorologiques différents: NCEP/MM5 ou forcage direct IFS dans le cadre du projet Européen GEMS Mise en œuvre de la version parallèle de CHIMERE pour une utilisation, à terme à haute résolution spatiale (notamment pour les aérosols).

7 MOCAGE : un outil polyvalent de simulation de la chimie atmosphérique Schémas chimiques REPROBUS 47 niveaux (s,p) Sommet 5 hpa Convection : [Bechtold] Diffusion Turbulente : [Louis] Dépôt sec : extension [Wesely] Nebulosité : 3D (on-line) SAPRC RACM CBM-IV MELCHIOR EMEP HARVARD IMAGES5 MOGUNTIA

Cadastre d émissions Globe 2 ARPEGE EDGAR et GEIA IFS (CEPMMT) Europe 1

8 MOCAGE : de l échelle globale à l échelle locale Domaines Résolution horizontale Forçage météo. Cadastre d émissions Globe 2 ARPEGE EDGAR et GEIA IFS (CEPMMT) Europe 1 ARPEGE EDGAR et GEIA Continental 0.4 IFS (CEPMMT) EDGAR et GEIA France 0.25 ARPEGE EDGAR et GEIA Sud-Est 0.08 ALADIN GENEMIS Spécifique ESCOMPTE

Configuration CHIMERE dans PREV AIR Domaines Europe France Résolution Horizontale : 0.5 x 0.5 0.15 x 0.

9 Configuration CHIMERE dans PREV AIR Domaines Europe France Résolution Horizontale : 0.5 x x 0.1 Résolution verticale: 8 niveaux en pression jusqu à 500 hpa Prévisions météorologiques : AVN / NCEP pour l initialisation et les conditions aux limites MM5 prévision haute-résolution ARPEGE Schéma chimique MELCHIOR (47 espèces, 125 reactions) Module aérosol 7 espèces (PPM, SOA, nitrate, sulfate, ammonium, eau, poussières) 25 reactions (phase aqueuse et hétérogène).

Configuration MOCAGE dans PREV AIR Domaines Global Model / Over Europe / Over France Résolution Horizontale : 4 x 4 0.5 x 0.5 0.1 x 0.

10 Configuration MOCAGE dans PREV AIR Domaines Global Model / Over Europe / Over France Résolution Horizontale : 4 x x x 0.1 Résolution verticale : 47 niveaux en pression jusqu à 5hPa Prévisions météorologiques ARPEGE and ALADIN Schéma chimique RACMOBUS (118 espèces, 381 reactions) Pas de module aérosol Module de poussières désertiques

Organisation opérationnelle du système PREV AIR Données Emission

Modéles de Chimie-transport CHIMERE - MOCAGE Analyses

Observations AASQA + réseaux européens J-1 Prévisions J, J+1, J+2

11 Organisation opérationnelle du système PREV AIR Données Emission (EMEP) Occupation du sol Prévisions météorologiques J, J+1, J+2 Modéles de Chimie-transport CHIMERE - MOCAGE Analyses météorologiques J-1 Observations AASQA + réseaux européens J Observations AASQA + réseaux européens J-1 Prévisions J, J+1, J+2 Analyses J Re-analyses J-1 Scores J, J+1, J+2 Cartes d observations J-1, J O3, NO2, PM

12 Sorties PREV AIR : prévisions O3, pic prévu (µg/m 3 ) 13/07/2006 J+0 Disponibles chaque jour avant 4h00 Cartes de maxima journaliers et de moyennes journalières J+0, J+1, J+2 Polluants: O3, NO2 (France, Europe, Globe) PM10, PM2.5 (Europe, France en 2007) PM10, pic prévu (µg/m 3 ) le 07/02/ /07/2006 J+1 13/07/2006 J+2

stations Adaptation statistique basée sur une méthode de krigeage Disponible pour le jour même

13 Sorties PREV AIR : cartes analysées pour le jour même et le jour suivant Concentrations modélisées corrigées avec les observations: Observations en temps-réel grâce à BASTER pour 150 stations Adaptation statistique basée sur une méthode de krigeage Disponible pour le jour même et en temps quasi-réel si les données sont disponibles Mise en œuvre pour les PM10 depuis juillet 2006

14 Sorties PREV AIR : Cartes d observation - Pour tous les polluants réglementés - Mise à jour horaire

15 PREV AIR : évaluation de la qualité des résultats grâce aux observations

16 sur une base journalière

Les utilisations de PREV AIR Données numériques issues de PREV AIR Extraction sur des domaines définis par des utilisateurs Disponibles sur Internet via un serveur ftp (comptes utilisateurs)

17 Les utilisations de PREV AIR Données numériques issues de PREV AIR Extraction sur des domaines définis par des utilisateurs Disponibles sur Internet via un serveur ftp (comptes utilisateurs) Applications Données 3D : conditions aux limites pour systèmes locaux de qualité de l air : ESMERALDA (Ile-de-France), AERES (PACA), Alsace Données 2D: pour la surveillance et la représentation cartographique de la qualité de l air Retours utilisateurs Réunions du Comité utilisateur Prise en compte des retours utilisateurs sur une base journalière via des fiches Internet + de 50 comptes utilisateurs en France et en Europe

18 Contribution à l élaboration de bilans de qualité de l air pour le MEDD Archivage de tous les résultats générés par PREV AIR : prévisions et cartes analysées - permet de faire un état de la qualité de l air pour l année en cours - analyses de tendances

19 Conclusions et perspectives PREV AIR peut être considéré comme un réel succès de coopération entre des organismes de vocation et de compétences différentes. Exploitation de la complémentarité des acteurs pour allier contraintes opérationnelles et recherche scientifique Perspective européenne : position à défendre sur la base de l expérience PREV AIR dans le cadre du futur Service Pilote pour l atmosphère de GMES (GAS) Participation active aux projets GEMS (6ieme PCRD) et PROMOTE (ESA) qui préfigurent ce que sera la plate-forme européenne de modélisation de la qualité de l air Implication forte du consortium PREV AIR dans la deuxième phase du projet (7ième PCRD) et la mise en place du GAS

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