L'impact d'une éruption modérée de l'etna sur la distribution en taille des aérosols sous le vent

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 psellitto@lmd.ens.fr

Plan de la présentation 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

Données et méthodes Observations satellitaires : MODIS : concentration de SO sur la colonne - algorithme d'inversion INGV 'VPR-Etna' 2 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 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

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

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

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 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

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 psellitto@lmd.ens.fr