Development of an atmospheric modeling system for regional and global mineral dust predictionApplication to Northern Africa, Middle East and Europe

Resumen

Dado que el polvo desértico es una de las fuentes más importantes de aerosoles a escala global y es una de las más importantes fuentes de incertidumbre en el sistema climático, en los últimos años el interés científico por polvo mineral ha aumentado convirtiéndose en uno de los temas más importantes en el área de las ciencias de la tierra. Los estudios se centran en la reducción de dichas incertidumbres tanto en las proyecciones climáticas como en las predicciones a corto plazo. Hasta ahora, las observaciones disponibles no son su cientes para describir la distribución espacial y temporal del polvo mineral. En este contexto, los modelos son muy útiles para simular y estudiar el ciclo del polvo. Para pronosticar la distribución del polvo mineral en la atmósfera es importante representar los procesos de emisión, transporte y deposición a diferentes escalas. Los modelos de polvo más actuales son capaces de reproducir los patrones regionales y temporales de la carga del polvo, aunque presentan de ciencias en la simulación de la intensidad de la emisión de las fuentes más importantes. En este marco, los objetivos principales del presente documento de tesis eran: contribuir al desarrollo de un modelo de vanguardia para la predicción de polvo mineral, tanto a escala regional como global. Esto es complementado con la evaluación del modelo utilizando datos observacionales destacando la evaluación a escala regional. El último objetivo es la preparación del modelo para producir predicciones operacionales de la carga del polvo en el norte de África, Europa y Oriente Medio. En este contexto, en la presente investigación se ha desarrollado el modelo NMMB/BSC-Dust. Dicho trabajos se han enfocado al desarrollo de una nueva descripción de las fuentes del polvo mineral, formulaciones adecuadas para la descripción del suelo, y la evolución del esquema del flujo vertical de las emisiones del polvo tomando datos disponibles para la descripción de la superficie y las propiedades del suelo. Dichos desarrollos incluyen mejoras en la descripción de las fuentes de polvo mediante en el uso de una máscara de fuentes preferentes basada en la topografía, además de introducir nuevas bases de datos de texturas del suelo y de rugosidad del suelo estás últimas basadas en datos satelitales. Aparte, otros desarrollos han sido implementados en el NMMB/BSC-Dust como actualizaciones en el esquema de deposición seca (incluyendo la asentación del polvo debida a la gravedad) y un esquema de deposición húmeda más sofisticado que considera la extracción de polvo en la nube y debajo de ella tanto como para precipitaciones convectivas y estratiformes. La física y la dinámica del polvo mineral han sido incorporadas al modelo meteorológico NCEPNMMB que permite simulaciones a altas resoluciones y a escalas múltiples. Para la evaluación del modelo, se han utilizado datos observacionales de satélites, redes de superficie y campañas de medidas. Dichas evaluaciones incluyen experimentos de sensibilidad para una simulación anual (para el año 2006) además de dos simulaciones para las campañas específicas de medidas SAMUM-1 y BoDEx. Los resultados de las simulaciones anuales reproducen la distribución espacial y temporal de los patrones de polvo mineral observados en las observaciones satelitales. El ciclo estacional está bien reproducido aunque se observan subestimaciones en verano en el sur de Argelia, Mali, Mauritania y Chad (cuenca Bodélé). La correlación anual entre modelo y los datos de espesor óptico de aerosoles de AERONET se encuentra entre 0.6-0.76 para las cuatro regiones de estudio consideradas (Norte de África, el Atlántico, Europa y Oriente Medio). La simulación correspondiente a la campaña SAMUM-1 muestra buena concordancia con los datos de satélites sobre las fuentes más activas de polvo. Para el período correspondiente a la campaña BoDEx, la simulación muestra que el ciclo diurno de la temperatura del modelo tiene una fuerte dependencia a la humedad del suelo.