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An aerodynamic roughness length map derived from extended martian rock abundance data

Authors :
Hébrard, Eric
Listowski, Constantino
Coll, P.
Marticorena, B.
Bergametti, G.
Määttänen, Anni
Montmessin, Franck
Forget, François
SSE 2012
Laboratoire d'astrodynamique, d'astrophysique et d'aéronomie de bordeaux (L3AB)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB)
Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)
PLANETO - 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 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)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
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)
Centre National d’Études Spatiales (CNES)Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL)
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 Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire aquitain des sciences de l'univers (OASU)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB)
IMPEC - LATMOS
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)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Source :
Journal of Geophysical Research. Planets, Journal of Geophysical Research. Planets, Wiley-Blackwell, 2012, 117 (E4), pp.E04008. ⟨10.1029/2011JE003942⟩, Journal of Geophysical Research. Planets, 2012, 117 (E4), pp.E04008. ⟨10.1029/2011JE003942⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
HAL CCSD, 2012.

Abstract

International audience; Many boundary layer processes simulated within a Mars General Circulation Model (MGCM), including the description of the processes controlling dust rising from the Martian surface, are highly sensitive to the aerodynamic roughness length z0. On the basis of rock-size frequency distributions inferred from different Martian landing sites and Earth analog sites, we have first established that lognormal-modeled rock-size frequency distributions are able to reproduce correctly the observed Martian rock populations. We have validated the hypothesis that the rock abundance ζ of a given area could be estimated at a first order from its thermophysical properties, namely its thermal inertia I and its albedo α. We have demonstrated the possibility of using rock abundance ζ to estimate the roughness density λ on Mars and to retrieve subsequently the aerodynamic roughness length by using semi-empirical relationships based on terrestrial wind-tunnel and field measurements. By combining our methodology with remote sensing measurements of the Thermal Emission Spectrometer aboard Mars Global Surveyor, we have derived a global map of the aeolian aerodynamic roughness length with a 1/8° × 1/8° resolution over the entire Martian surface. Contrary to what is often assumed, the Martian aeolian aerodynamic roughness length is spatially highly heterogeneous. At the fullest resolution, the Martian aerodynamic roughness length varies from 10−3 cm to 2.33 cm. About 84% of the Martian surface seems to be characterized by an aeolian aerodynamic roughness length value lower than 1 cm, the spatially uniform value that most of the MGCMs simulations have assumed recently. Since the aerodynamic roughness length z0 is a key parameter in deriving the erosion threshold wind velocities, we anticipate a significant impact of our findings on the efficiencies for lifting dust in future MGCMs.

Details

Language :
English
ISSN :
21699097 and 21699100
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Geophysical Research. Planets, Journal of Geophysical Research. Planets, Wiley-Blackwell, 2012, 117 (E4), pp.E04008. ⟨10.1029/2011JE003942⟩, Journal of Geophysical Research. Planets, 2012, 117 (E4), pp.E04008. ⟨10.1029/2011JE003942⟩
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..c62b00e8f38030a22314c8603d42f146
Full Text :
https://doi.org/10.1029/2011JE003942⟩