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Jun 25, 2023

Les hypothèses sur les flux thermiques contribuent à surestimer l’injection de fumée des incendies de forêt dans la troposphère libre

Communications Earth & Environment volume 3, Numéro d'article : 236 (2022) Citer cet article 1653 Accès 3 Citations 5 Détails de Altmetric Metrics Injections de panaches de fumée de feux de forêt dans le libre

Communications Terre & Environnement volume 3, Numéro d'article : 236 (2022) Citer cet article

1653 Accès

3 citations

5 Altmétrique

Détails des métriques

Les injections de panaches de fumée de feux de forêt dans la troposphère libre ont un impact sur la qualité de l’air, mais les prévisions des modèles concernant les injections sont médiocres. Ici, nous utilisons les observations aériennes obtenues lors des incendies de forêt dans l'ouest des États-Unis en 2019 (FIREX-AQ) pour évaluer un paramétrage d'élévation du panache de fumée couramment utilisé dans deux modèles de chimie-transport atmosphérique (WRF-Chem et HRRR-Smoke). Les observations montrent que les injections de fumée dans la troposphère libre se produisent dans 35 % des panaches, alors que les modèles prévoient 59 à 95 % indiquant de fausses injections dans les simulations. Les fausses injections étaient associées aux deux modèles surestimant le flux thermique du feu et la hauteur du terrain, et à la sous-estimation de la hauteur de la couche limite planétaire par WRF-Chem. Nous estimons que la fraction radiante du flux thermique est 0,5 à 25 fois plus grande dans les modèles que dans les observations, selon le type de combustible. Les performances du modèle ont été considérablement améliorées en utilisant les flux de chaleur et les hauteurs de couche limite observés, confirmant que les modèles ont besoin de flux de chaleur et de hauteurs de couche limite précis pour prévoir correctement les injections de panache.

La fumée des incendies de forêt a un impact sur le bilan radiatif1 de la Terre, la qualité de l'air2, la visibilité3 et la santé humaine4 en augmentant la charge atmosphérique de polluants. Des incendies de forêt plus violents et des saisons d’incendie plus longues ont été observés et semblent être corrélés au changement climatique anthropique5,6. Une dégradation supplémentaire de la qualité de l’air et de la visibilité due à la fumée est prévue dans les futurs régimes climatiques7.

L’élévation du panache fait référence au transport vertical de gaz de fumée chauds et de particules à travers l’atmosphère. Ce processus peut entraîner des injections de panache, où la fumée atteint la troposphère libre, ou des non-injections de panache, où la fumée reste confinée dans la couche limite planétaire (PBL). Des études antérieures ont montré que les panaches injectés ont tendance à occuper des couches de stabilité ambiante et que les injections de panaches sont associées à une puissance radiative du feu (PRF) élevée et à des conditions météorologiques favorables aux incendies8,9,10. Les observations du spectroradiomètre imageur multi-angles (MISR) indiquent que l'injection dans la troposphère libre se produit dans 4 à 12 % des sommets des panaches de fumée nord-américains8,9,11,12, et les données du Lidar Cloud-Aerosol avec polarisation orthogonale indiquent que l'injection de la colonne de fumée totale dans la troposphère libre se produit dans 78 % des panaches de fumée nord-américains10. Cependant, le pourcentage de MISR peut être biaisé à un niveau bas en raison des passages supérieurs des satellites se produisant le matin (~ 10h30 LT pour MISR), lorsque les panaches ne se sont pas complètement développés11. Les panaches injectés peuvent être propulsés sous le vent avec peu de dilution13 et ont donc tendance à avoir des impacts plus régionaux. D’un autre côté, les panaches non injectés ont tendance à avoir des impacts plus locaux en raison d’un mélange descendant plus efficace dû à la turbulence ambiante des PBL.

Le paramétrage de l'élévation du panache Freitas est un modèle unidimensionnel de résolution des nuages. Il est généralement intégré dans un modèle hôte tridimensionnel qui spécifie l'environnement ambiant14. Ce modèle représente les incendies sous forme de flux de flottabilité de surface qui dépendent de la taille instantanée de l'incendie, du flux de chaleur convective et du type de combustible. Ce modèle tend à surpasser les modèles qui attribuent les émissions à un seul niveau ou à une distribution verticale fixe15,16,17. Cependant, le modèle dépend d’estimations de la taille des incendies et du flux de chaleur, surestime la fréquence d’injection troposphérique libre et a tendance à sous-estimer la plage des hauteurs de panache observées18,19. Les causes proposées des lacunes du modèle Freitas incluent les incertitudes liées à l'entraînement latéral et aux paramètres d'entrée. L'entraînement dépend de la taille du feu, de sorte que les versions du modèle Freitas autorisant des tailles de feu variables peuvent améliorer la plage modélisée des hauteurs de panache15,18. De plus, l’ajout explicite de l’entraînement à une version ultérieure du modèle a amélioré les performances20,21. L'incertitude dans les paramètres d'entrée, notamment la taille du feu et le FRP, peut être causée par le panache masquant les récupérations de FRP, une forme ou une taille incorrecte du feu, ou la variabilité du brûlage en fonction du type de végétation18,22.