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Role of the boundary layer dynamics effects on an extreme air pollution event in Paris

Authors :
Olivier Favez
Jordi Badosa
Jean-Charles Dupont
Vincent Crenn
Jean-Eudes Petit
Jean-Louis Bonne
Jean Sciare
Martial Haeffelin
Frédérik Meleux
Thierry Elias
Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD)
Département des Géosciences - 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)
Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS)
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)
Cyprus Institute (CyI)
Agropole
Capgènes
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
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
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 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)
Source :
Atmospheric Environment, Atmospheric Environment, Elsevier, 2016, 141 (2), pp.571-579. ⟨10.1016/j.atmosenv.2016.06.061⟩, Atmospheric Environment, 2016, 141 (2), pp.571-579. ⟨10.1016/j.atmosenv.2016.06.061⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; The physical and chemical aerosol properties are explored here based on ground-based observations in the Paris region to better understand the role of clouds, radiative fluxes and dynamics on aerosol loading during a heavy regional air pollution that occurred in March 2014 over North-Western Europe. This event is primarily characterized by a fine particle mass (PM2.5) increase from 10 to more than 120 μg m−3 and a simultaneous decrease of the horizontal visibility from 40 to 1 km, mainly due to significant formation of ammonium nitrate particles. The aerosol optical depth (AOD) at 550 nm increased steadily from about 0.06 on March 6 to more than 0.9 five days later. The scattering of the solar radiation by polluted particles induced, at the peak of the heavy pollution event, an instantaneous shortwave flux decrease of about 300 W m−2 for direct irradiance and an increase of about 150 W m−2 for diffuse irradiance (only scattering). The mean surface aerosol effect efficiency (effect per unit optical depth) is of about −80 W m−2 with a mean aerosol direct radiative effect of −23 W m−2. The dynamical and radiative processes that can be responsible for the diurnal cycle of PM2.5 in terms of amplitude and timing are investigated. A comparative analysis is performed for 4 consecutive days (between March 11 and 14), showing that the PM2.5 diurnal cycle can be modulated in time and amplitude by local processes such as the boundary layer depth development (ranging from 100 m to 1350 m), surface relative humidity (100%–35%), thermal structure (10 °C–16 °C for day/night amplitude), dynamics (wind speed ranging from 4 m s−1 to 1.5 m s−1) and turbulence (turbulent kinetic energy reaching 2 m2 s−2) near the surface and wind shear along the vertical. Finally, modeled and measured surface PM2.5 loadings are also compared here, notably illustrating the need of accurate boundary layer depth data for efficient air quality forecasts.

Details

Language :
English
ISSN :
13522310 and 18732844
Database :
OpenAIRE
Journal :
Atmospheric Environment, Atmospheric Environment, Elsevier, 2016, 141 (2), pp.571-579. ⟨10.1016/j.atmosenv.2016.06.061⟩, Atmospheric Environment, 2016, 141 (2), pp.571-579. ⟨10.1016/j.atmosenv.2016.06.061⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....bcfafe25204e19c1048f52c895c120e6