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, A. di Sarra, L. Alados, J. Arndt, F. Auriol, L. Blarel, T. Bourrianne, G. Brogniez, P. Chazette, S. Chevaillier, M. Claeys, B. D'Anna, C. Denjean, 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, J. 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, J. Wenger, P. Zapf, Laboratoire d'aérologie (LA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), 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), Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA (UMR_7583)), 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), 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), TROPO - LATMOS, Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Laboratoire d’Optique Atmosphérique - UMR 8518 (LOA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Lille, 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), Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS), Dipartimento di Fisica [Roma La Sapienza], Università degli Studi di Roma 'La Sapienza' [Rome], Laboratoire de météorologie physique (LaMP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand 2 (UBP), 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), 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 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), 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 la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, 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), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), 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), 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), 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), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Météo France-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'aérologie (LAERO), 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), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), 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), 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), Cyprus International Institute for the Environment and Public Health, Université de Lyon-Université de Lyon-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-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), European Project: 262254,EC:FP7:INFRA,FP7-INFRASTRUCTURES-2010-1,ACTRIS(2011), European Project: 654109,H2020,H2020-INFRAIA-2014-2015,ACTRIS-2(2015), 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), and University of Granada [Granada]
- Subjects
[PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph] ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,13. Climate action ,[SDU.STU.CL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Climatology ,[SDU]Sciences of the Universe [physics] ,14. Life underwater ,010502 geochemistry & geophysics ,01 natural sciences ,0105 earth and related environmental sciences - Abstract
International audience 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 Forcing on the Mediterranean Climate (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 set-up 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 modelling 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 produce high level of atmospheric pollutants nor intense biomass burning events in the region. However, numerous mineral dust plumes were observed during the campaign with main sources located in Morocco, Algeria and Tunisia, leading to aerosol optical depth (AOD) values ranging between 0.2 to 0.6 (at 440 nm) over the western and central Mediterranean basins. Associated aerosol extinction values measured on-board the ATR-42 within the dust plume show local maxima reaching up to 150 Mm$^{-1}$. Non negligible aerosol extinction (about 50 Mm$^{-1}$) was also been observed within the Marine Boundary Layer (MBL). By combining ATR-42 extinction, absorption and scattering measurements, a complete optical closure has been made revealing excellent agreement with estimated optical properties. Associated calculations of the dust single scattering albedo (SSA) have been conducted, which show a moderate variability (from 0.90 to 1.00 at 530 nm). 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-salt 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 show particle size distributions characterized by large aerosols (> 10 μm in diameter) within dust plumes. 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 direct radiative forcing (DRF). Results show significant surface SW instantaneous forcing (up to -90 W m$^{-2}$ at noon). Associated 3-D modeling studies from regional climate (RCM) and chemistry transport (CTM) models indicate a relatively good agreement for simulated AOD compared with measurements/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 -20 W m$^{-2}$ (for the whole period) over the Mediterranean Sea together with maxima (-50 W m$^{-2}$) 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.
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- 2015
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