Atmospheric sulfur and climate changes : a modelling study at mid and high-southern latitudes.
SOUFRE ATMOSPHERIQUE ET CHANGEMENTS CLIMATIQUES : UNE ETUDE DE MODELISATION AUX MOYENNES ET HAUTES LATITUDES SUD
Résumé
The mid and high-southern latitudes are still marginally affected by anthropogenic sulfur emissions.
They are the only regions in the world where the natural cycle of the atmospheric sulfur may
still be observed. Sulfur aerosols are well-known for their radiative impact, and thus interact with
climate. Climate can in turn affect atmospheric sulfur sources, distribution and chemistry. Antarctic
ice cores provide information on the evolution of climate and sulfur deposition at the surface of the
ice sheet at glacial-interglacial time scales. The aim of this thesis is to develop and use modeling
towards a better understanding of the atmospheric sulfur cycle in antarctic and sub-antarctic regions.
Ice core data are used to validate model results under glacial climate conditions. An Atmospheric
General Circulation Model (AGCM) coupled to a sulfur chemistry module is used : the LMD-ZTSulfur
model, version 4. An update of both the physical and chemical parts of the model. The model
was first performed. The impact of there changes on modelled sulfur cycle are evaluated for modern
climate. Further, boundary conditions are adapted to simulate the atmospheric circulation and sulfur
cycle at the Last Glacial Maximum, approximately 20,000 years ago. In the model, sulfur is found
to be highly sensitive to antarctic sea-ice coverage, which is still poorly known during the ice age.
An original dataset of ice-age sea-ice coverage was developed. Its impact on the oceanic emissions of
dimethyl sulfide, main precursor of sulfur aerosols at high-southern latitudes, is discussed. Using the
same oceanic sulfur reservoirs as for present day climate, the model broadly reproduces the glacial
deposits of sulfur aerosols on the Antarctic plateau, suggesting little impact of climate on oceanic sulfur
production in the Antarctic region. Sensitivity tests were carried out to draw an up-to-date status
of major uncertainties and difficulties facing future progress in understanding atmospheric sulfur and
climate.
Les moyennes et hautes latitudes Sud sont les seules régions du monde pour lesquelles le cycle
naturel du soufre atmosphérique peut encore être observé sans perturbation anthropique majeure. Les
aérosols soufrés sont reconnus pour leur effet radiatif et interagissent ainsi avec le climat. Le climat
peut lui aussi influencer les sources de soufre atmosphérique, la distribution des espèces soufrées
dans l’atmosphère et leur chimie. L’analyse des carottes de glace en Antarctique permet de connaître
les variations des dépôts d’aérosols soufrés au cours des cycles glaciaire-interglaciaire, il est ainsi
possible d’étudier le cycle du soufre à travers le temps. L’objectif de ce travail est de contribuer à
une meilleure compréhension du cycle du soufre des régions Antarctique et sub-Antarctique, grâce à
l’utilisation d’un Modèle de Circulation Générale Atmosphérique couplé à un module de chimie du
soufre, le modèle LMD-ZT-Soufre (version 4). Ce travail de thèse présente tout d’abord le passage à
une version récente du MCGA et une mise à jour du module de chimie. L’impact de ces modifications
sur la représentation du cycle du soufre pour le climat actuel a été analysé. Dans un deuxième temps, le
modèle a été mis en oeuvre pour simuler le climat glaciaire et le cycle du soufre au DernierMaximum
Glaciaire, il y a 20 000 ans environ. Le soufre simulé montre une forte sensibilité aux conditions de
couverture de glace de mer, encore mal connues pour cette période. Une représentation originale de
la couverture de glace de mer a été testée et son impact sur les émissions océaniques de sulfure de
diméthyle, précurseur majoritaire des espèces soufrées aux hautes latitudes Sud, a été discuté. Pour
des concentrations en soufre dans l’océan équivalentes à celles d’aujourd’hui, le modèle représente
correctement les variations glaciaire-interglaciaire des flux de dépôt des aérosols soufrés, suggérant
un faible impact des changements climatiques sur la production océanique de soufre pour ces régions.
Ces résultats permettent d’améliorer notre connaissance des interactions soufre-climat et de dresser
un bilan des incertitudes et des inconnues, tant d’un point de vue chimique que météorologique ou
physique.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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