Publications

2004

• Représentation des nuages chauds dans le modèle météorologique « MERCURE » : Application aux panaches d'aéroréfrigérants et aux précipitations orographiques
  
  • Bouzereau Emmanuel
  , 2004. Un schéma semi-spectral de microphysique chaude à 2 moments est mis en place dans le modèle météorologique « MERCURE ». Une nouvelle écriture du flux de flottabilité () est proposée ; elle est cohérente avec le corrigendum de Mellor (1977) mais diffère de Bougeault (1981). La microphysique nuageuse est validée par des simulations numériques d'une quinzaine de cas de panaches d'aéroréfrigérants qui sont comparées aux données provenant d'une campagne de mesures réalisées au Bugey en 1980. Des résultats satisfaisants sont obtenus sur la forme du panache, sur les champs de température et de vitesse verticale et sur les spectres de gouttelettes ; cependant les simulations ont tendance à surestimer le contenu en eau liquide. Le schéma microphysique est aussi testé sur les simulations de cas académiques de précipitations orographiques de Chaumerliac et al. (1987) et Richard et Chaumerliac (1989). Lors des simulations, nous retrouvons l'action de différents termes microphysiques.
• Simulation numérique et assimilation de données variationnelle pour la dispersion atmosphérique de polluants
  
  • Quélo Denis
  , 2004. Ce travail a permis de développer un modèle de chimie-transport tridimensionnel Polair3D pour simuler la pollution photochimique. Des comparaisons aux mesures d'ozone et d'oxydes d'azote sur la région de Lille pour l'année 1998 l'ont validé à l'échelle régionale. La méthode d'assimilation de données 4D-var a été implémentée. Elle est basée sur le modèle adjoint de Polair3D qui a été obtenu par différenciation automatique. Une application à la modélisation inverse des émissions sur Lille avec des observations réelles a montré que l'inversion de paramètres temporels d'émissions d'oxydes d'azote permet d'améliorer notablement les prévisions. La sensibilité de "second-ordre" permet d'étudier la sensibilité de l'inversion au système d'assimilation de données lui-même en calculant son conditionnement. Cette problématique est illustrée sur deux applications: la dispersion de radionucléides à petite échelle et la chimie atmosphérique, caractérisée par sa disparité d'échelles temporelles.
• Coupling models and data: which possibilities for remotely-sensed images?
  
  • Herlin Isabelle
  • Le Dimet Francois-Xavier
  • Huot Etienne
  • Berroir Jean-Paul
  , 2004, 11, pp.365-383. No abstract
• Méthodes de réduction et de propagation d'incertitudes : application à un modèle de chimie-transport pour la modélisation et la simulation des impacts
  
  • Boutahar Jaouad
  , 2004. Dans une modélisation intégrée des impacts, l'objectif est de tester plusieurs scénarios d'entrées de modèle et/ ou d'identifier l'effet de l'incertitude des entrées sur les sorties de modèle. Dans les deux cas, un grand nombre de simulations de modèle sont nécessaires. Cela reste bien évidemment infaisable avec un modèle de Chimie-Transport à cause du temps CPU demandé. Pour surmonter cette difficulté, deux approches ont été étudiées dans cette thèse : La première consiste à construire un modèle réduit. Deux techniques ont été utilisées : la première est la méthode POD (Proper Orthogonal Decomposition) liée au comportement statistique du système. La seconde méthode est une méthode efficace de prétabulation fondée sur la troncature d'un développement multivariables de la relation Entrées/ sorties associé au modèle. La seconde est relative à la réduction du nombre de simulations demandé par la méthode Monte-Carlo classique de propagation d'incertitude. La technique utilisée ici est basée sur une représentation d'une sortie de modèle incertaine comme un développement de polynômes orthonormaux de variables d'entrées. Un autre point clé dans la modélisation intégrée d'impacts est de développer des stratégies de réduction des émissions en calculant des matrices de transfert sur plusieurs années de simulation. Une méthode efficace de calcul de ces matrices a été ainsi développée, notamment en définissant des scénarios "chimiquement" représentatifs. L'ensemble de ces méthodes a été appliqué au modèle POLAIR3D, modèle de Chimie-Transport développé dans le cadre de cette thèse.
• Emergence of a linear tracer source from air concentration measurements
  
  • Issartel J.-P.
  Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, European Geosciences Union, 2004, 4 (3), pp.2615-2670. The measurement of atmospheric concentrations by a monitoring network is potentially a useful tool investigated for the identification of the widespread sources of trace species. The paper addresses inversion strategies using base functions multiplicatively deduced from the concentrations adjoint to the measurements. This follows the concept of illumination: the various regions are well, poorly or not seen at all. With ordinary adjoint functions the illumination becomes excessive close to the detectors. This may be corrected by attributing each point of the space time domain a geometric weight. After stating the statistical implications, the choice of this renormalising function is shown to be constrained by an unambiguous formal criterion. The expectable values of the measurements are distinguished from the measurement errors. The entropic nature of the criterion is explained; it amounts to evenly distribute the information between the points organised with their weights as a "known domain" describing the influence of the measurements. Finally the criterion is shown to coincide with the definition of the pure states of quantum statistics, and this interpretation is investigated to describe the influence of the measurement uncertainties on the quality of a source estimate. The theory is illustrated by calculations performed with the experimental source ETEX1.
• 3-D chemistry-transport model Polair: numerical issues, validation and automatic-differentiation strategy
  
  • Mallet Vivien
  • Sportisse B.
  Atmospheric Chemistry and Physics Discussions, European Geosciences Union, 2004, 4 (2), pp.1371-1392. We briefly present in this short paper some issues related to the development and the validation of the three-dimensional chemistry-transport model Polair. Numerical studies have been performed in order to let Polair be an efficient and robust solver. This paper summarizes and comments choices that were made in this respect. Simulations of relevant photochemical episodes were led to assess the validity of the model. The results can be considered as a validation, which allows next studies to focus on fine modeling issues. A major feature of Polair is the availability of a tangent linear mode and an adjoint mode entirely generated by automatic differentiation. Tangent linear and adjoint modes grant the opportunity to perform detailed sensitivity analyses and data assimilation. This paper shows how inverse modeling is achieved with Polair.
• Data assimilation of radionuclides at short and regional scales.
  
  • Krysta Monika
  • Bocquet Marc
  • Issartel Jean-Pierre
  • Sportisse Bruno
  , 2004, pp.275--284. No abstract
• Development and validation of a fully modular platform for numerical modelling of air pollution : POLAIR
  
  • Boutahar Jaouad
  • Lacour Stéphanie O.L.
  • Mallet Vivien
  • Quélo Denis
  • Roustan Yelva
  • Sportisse Bruno
  International Journal of Environment and Pollution, Inderscience, 2004, 22 (1-2). This paper describes a three-dimensional chemistry transport model, POLAIR, with a special focus on numerical aspects. POLAIR is a fully modular eulerian model. Several different chemical mechanisms are available, which can deal with photochemistry (Racm, Radm, etc.), continental impact (e.g. passive transport), mercury, aerosols, etc. POLAIR is designed to enable simulations from regional scales to continental scales. A few simulations at those scales have been conducted to assess and improve the code. Beyond forward simulations, inverse modelling and data assimilation can be performed, thanks to the tangent linear and adjoint versions of POLAIR, which are available through automatic differentiation. (10.1504/IJEP.2004.005474)
  DOI : 10.1504/IJEP.2004.005474
• An approach to correlate NDVI with soil colour for erosion process using NOAA/AVHRR data
  
  • Singh Dharmendra
  • Herlin Isabelle
  • Berroir Jean-Paul
  • Silva E.F.
  • Meirelles Margareth Simoes
  Advances in Space Research, Elsevier, 2004, 33 (3), pp.328-332. In this paper, it is tried to establish a relationship between Munsell soil colour and normalized difference vegetation index (NDVI) using National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)/Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) data. If relationship between Munsell colour and NDVI can be developed, then there is a great potential for using NOAA/AVHRR data with coarse spatial resolution of 1.1 km to study and map soil over large areas and it would also be helpful to predict the erosion process. Eroded soils show higher Munsell values as a consequence of the removal of top soil and subsequent decrease in organic matter. A linear empirical model has been developed to correlate the NDVI with Munsell soil colour (i.e., Hue, Value and Chroma). Good correlations between NDVI and Hue and NDVI and Chroma have been established. It was also found that NDVI is more dependent on Hue and Chroma than on Value. This study is helpful to develop a relationship between NDVI and soil colour so as to establish assessment of soil colour using satellite data, which in turn could be used to predict the erosion process in any area. (10.1016/S0273-1177(03)00468-X)
  DOI : 10.1016/S0273-1177(03)00468-X