1. Overview of the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment/Aerosol Direct Radiative Forcing on the Mediterranean Climate (ChArMEx/ADRIMED) summer 2013 campaign
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M. Mallet, F. Dulac, P. Formenti, P. Nabat, J. Sciare, G. Roberts, J. Pelon, G. Ancellet, D. Tanré, F. Parol, C. Denjean, G. Brogniez, A. di Sarra, L. Alados-Arboledas, J. Arndt, F. Auriol, L. Blarel, T. Bourrianne, P. Chazette, S. Chevaillier, M. Claeys, B. D'Anna, Y. Derimian, K. Desboeufs, T. Di Iorio, J.-F. Doussin, P. Durand, A. Féron, E. Freney, C. Gaimoz, P. Goloub, J. L. Gómez-Amo, M. J. Granados-Muñoz, N. Grand, E. Hamonou, I. Jankowiak, M. Jeannot, J.-F. Léon, M. Maillé, S. Mailler, D. Meloni, L. Menut, G. Momboisse, J. Nicolas, T. Podvin, V. Pont, G. Rea, J.-B. Renard, L. Roblou, K. Schepanski, A. Schwarzenboeck, K. Sellegri, M. Sicard, F. Solmon, S. Somot, B. Torres, J. Totems, S. Triquet, N. Verdier, C. Verwaerde, F. Waquet, J. Wenger, P. Zapf, Laboratoire d'aérologie (LAERO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Chimie Atmosphérique Expérimentale (CAE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA (UMR_7583)), Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique (CNRM-GAME), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Energy, Environment and Water Research Center (EEWRC), Cyprus Institute (CyI), Scripps Institution of Oceanography (SIO), University of California [San Diego] (UC San Diego), University of California-University of California, TROPO - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d’Optique Atmosphérique - UMR 8518 (LOA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratory for Earth Observations and Analyses, Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development (ENEA), Departamento de Fisica Aplicada [Granada], Universidad de Granada (UGR), Department of Chemistry [Cork], University College Cork (UCC), Environmental Research Institute [Cork] (ERI), Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Laboratoire de météorologie physique (LaMP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Interactions Aérosols Rayonnement (IAR), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Italian National agency for new technologies, Energy and sustainable economic development [Frascati] (ENEA), Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E), Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS), Remote Sensing Laboratory [Barcelona] (RSLab), Universitat Politècnica de Catalunya [Barcelona] (UPC), Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics [Trieste] (ICTP), Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), Agence Nationale de la Recherche (ANR), ADEME, CEA, CNRS-INSU, Météo-France, Collectivité Territoriale de Corse, CNES, Italian Ministry for University and Research, 7th Framework Programme under the project ACTRIS, ANR-11-BS56-0006,ADRIMED,Impact du forçage radiatif direct des aérosols sur le climat Méditerranéen.(2011), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego), University of California (UC)-University of California (UC), Agenzia Nazionale per le nuove Tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile = Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development (ENEA), Universidad de Granada = University of Granada (UGR), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions, Universitat Politècnica de Catalunya. RSLAB - Grup de Recerca en Teledetecció, Laboratoire d'aérologie (LA), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Meloni, D., Di Iorio, T., and Di Sarra, A.
- Subjects
Mediterranean climate ,Atmospheric Science ,Atmospheric chemistry ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,Climate ,Mediterranean ,Aerosols atmosfèrics ,Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment ,010501 environmental sciences ,Mineral dust ,Atmospheric sciences ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,[SHS]Humanities and Social Sciences ,lcsh:Chemistry ,Mediterranean sea ,Radiative transfer ,[CHIM]Chemical Sciences ,Aerosol ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences ,[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere ,Single-scattering albedo ,[CHIM.CATA]Chemical Sciences/Catalysis ,Radiative forcing ,Atmospheric aerosols ,lcsh:QC1-999 ,AERONET ,Chemistry-climate interactions ,Aerosol Direct Radiative Forcing on the Mediterranean ,Enginyeria de la telecomunicació::Radiocomunicació i exploració electromagnètica::Teledetecció [Àrees temàtiques de la UPC] ,lcsh:QD1-999 ,Química atmosfèrica ,[SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology ,13. Climate action ,ChArMEx ,Atmospheric Chemistry ,[SHS.ENVIR]Humanities and Social Sciences/Environmental studies ,Climatology ,[SDE]Environmental Sciences ,lcsh:Physics - Abstract
The Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx; http://charmex.lsce.ipsl.fr) is a collaborative research program federating international activities to investigate Mediterranean regional chemistry-climate interactions. A special observing period (SOP-1a) including intensive airborne measurements was performed in the framework of the Aerosol Direct Radiative Impact on the regional climate in the MEDiterranean region (ADRIMED) project during the Mediterranean dry season over the western and central Mediterranean basins, with a focus on aerosol-radiation measurements and their modeling. The SOP-1a took place from 11 June to 5 July 2013. Airborne measurements were made by both the ATR-42 and F-20 French research aircraft operated from Sardinia (Italy) and instrumented for in situ and remote-sensing measurements, respectively, and by sounding and drifting balloons, launched in Minorca. The experimental setup also involved several ground-based measurement sites on islands including two ground-based reference stations in Corsica and Lampedusa and secondary monitoring sites in Minorca and Sicily. Additional measurements including lidar profiling were also performed on alert during aircraft operations at EARLINET/ACTRIS stations at Granada and Barcelona in Spain, and in southern Italy. Remote-sensing aerosol products from satellites (MSG/SEVIRI, MODIS) and from the AERONET/PHOTONS network were also used. Dedicated meso-scale and regional modeling experiments were performed in relation to this observational effort. We provide here an overview of the different surface and aircraft observations deployed during the ChArMEx/ADRIMED period and of associated modeling studies together with an analysis of the synoptic conditions that determined the aerosol emission and transport. Meteorological conditions observed during this campaign (moderate temperatures and southern flows) were not favorable to producing high levels of atmospheric pollutants or intense biomass burning events in the region. However, numerous mineral dust plumes were observed during the campaign, with the main sources located in Morocco, Algeria and Tunisia, leading to aerosol optical depth (AOD) values ranging between 0.2 and 0.6 (at 440 nm) over the western and central Mediterranean basins. One important point of this experiment concerns the direct observations of aerosol extinction onboard the ATR-42, using the CAPS system, showing local maxima reaching up to 150Mm(-1) within the dust plume. Non-negligible aerosol extinction (about 50Mm(-1)) has also been observed within the marine boundary layer (MBL). By combining the ATR- 42 extinction coefficient observations with absorption and scattering measurements, we performed a complete optical closure revealing excellent agreement with estimated optical properties. This additional information on extinction properties has allowed calculation of the dust single scattering albedo (SSA) with a high level of confidence over the western Mediterranean. Our results show a moderate variability from 0.90 to 1.00 (at 530 nm) for all flights studied compared to that reported in the literature on this optical parameter. Our results underline also a relatively low difference in SSA with values derived near dust sources. In parallel, active remote-sensing observations from the surface and onboard the F-20 aircraft suggest a complex vertical structure of particles and distinct aerosol layers with sea spray and pollution located within the MBL, and mineral dust and/or aged North American smoke particles located above (up to 6–7 km in altitude). Aircraft and balloon-borne observations allow one to investigate the vertical structure of the aerosol size distribution showing particles characterized by a large size (> 10 μm in diameter) within dust plumes. In most of cases, a coarse mode characterized by an effective diameter ranging between 5 and 10 μm, has been detected above the MBL. In terms of shortwave (SW) direct forcing, in situ surface and aircraft observations have been merged and used as inputs in 1-D radiative transfer codes for calculating the aerosol direct radiative forcing (DRF). Results show significant surface SW instantaneous forcing (up to (-90)Wm(-2) at noon). Aircraft observations provide also original estimates of the vertical structure of SW and LW radiative heating revealing significant instantaneous values of about 5 K per day in the solar spectrum (for a solar angle of 30 ) within the dust layer. Associated 3-D modeling studies from regional climate (RCM) and chemistry transport (CTM) models indicate a relatively good agreement for simulated AOD compared with observations from the AERONET/PHOTONS network and satellite data, especially for long-range dust transport. Calculations of the 3-D SW (clear-sky) surface DRF indicate an average of about -10 to -20Wm(-2) (for the whole period) over the Mediterranean Sea together with maxima (-50Wm(-2)) over northern Africa. The top of the atmosphere (TOA) DRF is shown to be highly variable within the domain, due to moderate absorbing properties of dust and changes in the surface albedo. Indeed, 3-D simulations indicate negative forcing over the Mediterranean Sea and Europe and positive forcing over northern Africa. Finally, a multiyear simulation, performed for the 2003 to 2009 period and including an ocean–atmosphere (O–A) coupling, underlines the impact of the aerosol direct radiative forcing on the sea surface temperature, O–A fluxes and the hydrological cycle over the Mediterranean., French National Research Agency (ANR) ANR-11-BS56-0006, ADEME, French Atomic Energy Commission, CNRS-INSU and Meteo-France through the multidisciplinary programme MISTRALS (Mediterranean Integrated Studies aT Regional And Local Scales), CORSiCA project - Collectivite Territoriale de Corse through Fonds Europeen de Developpement Regional of the European Operational Program, Contrat de Plan Etat-Region, European Union's Horizon 2020 research and innovation program 654169, Spanish Ministry of Economy and Competitivity TEC2012-34575, Science and Innovation UNPC10-4E-442, European Union (EU), Department of Economy and Knowledge of the Catalan Autonomous Government SGR 583, Andalusian Regional Government P12-RNM-2409, Spanish Government CGL2013-45410-R 262254
- Published
- 2016