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Ammoniac (NH3)

 Ammonia (NH3) is an atmospheric pollutant and one of the main sources of reactive nitrogen in the atmosphere which is involved in numerous biochemical exchanges impacting all ecosystems. Large cities such as Paris (which is the most populated area in the European Union with 10.5 million people when its larger metropolitan regions are included) typically experiences strong PM pollution episodes in springtime. At this time of the year, large parts of the particles consist of ammonium sulfate and nitrate which are formed from NH3 released during fertilizer spreading practices and transported from the surrounding areas to Paris. These particles are known to be harmful for human health inducing 2000 deaths per year and to impact the radiative budget of the Earth.


The lack of representative NH3 measurements, its high spatio-temporal variability, and its short atmospheric lifetime contribute to the complexity of modelling atmospheric NH3. Large uncertainties exist in NH3 bottom-up emission inventories. These affect the performance of model simulations of its distribution. Monitoring NH3 is thus needed to identify the spatial distribution of the major sources, address the link between NH3 and PM2.5 formation and improve model simulations. Long-term satellite observations derived from IASI are useful to study concentrations and spatiotemporal variability of atmospheric NH3 from the agricultural sector to gain insights on its effects on the Paris megacity air quality.

The IASI NH3 Level 2 products, which are retrieved using a flexible and robust NH3 retrieval algorithm (ANNI-NH3) (Van Damme et al., 2017), are distributed via the AERIS data center, with two distinct datasets: “real time” data and “climate” data. The latter was reprocessed with the ERA-Interim European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) meteorological data. This dataset will be the official Eumetsat product in 2020.

The IASI NH3 “real time” and “climate” products are available at https://iasi.aeris-data.fr/NH3/ and https://iasi.aeris-data.fr/NH3R-I/, respectively.

 

NH3

Figure 1. Monthly means of NH3 total columns derived from 10 years (2008-2017) of IASI NH3-retrieved columns.
The blue cross indicates Paris location (Viatte et al., ACPD, 2019).

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Modélisation numérique 

Les activités scientifiques de l'équipe TROPO s'appuient aussi sur plusieurs outils de modélisation numérique qui complètent l'investigation de la chimie et de la dynamique de l'atmosphère menée à partir des observations.

Ces activités de modélisation à l'échelle régionale (WRF-CHEM) et globale (MOZART , LMDz-INCA) permettent de comprendre les processus en jeux et de faire des provisions de l’évolution de l’atmosphère à court terme, eg dans le cadre Copernicus Atmospheric Monitoring Service (CAMS) ainsi que d’améliorer les inventaires d’émission.

Observations locales par lidar 

Les activités de recherche de l'équipe TROPO sont aussi développées autour d'instruments lidar depuis le sol (Observatoire de Haute Provence, Paris-Jussieu QUALAIR), en avion (lidars LNG et ozone ALTO), et sur des plateformes dérivantes (IAOOS).

Observations par satellite 

L’équipe a participé (avec l’aide du CNES) à la conception et exploite les données de deux missions qui volent à bord de satellites et qui ont apporté beaucoup d’informations ces dernières années : l’instrument CALIPSO qui fournit des mesures globales des aérosols et des nuages nécessaires pour arriver à une meilleure compréhension du rôle des aérosols et des nuages dans le climat, le sondeur Japonais GOSAT  pour le suivi des gaz à effet de serre, et les instruments IASI qui volent à bord des satellite MetOp et permettent de suivre la composition de la troposphère et les variations au cours du temps, ainsi que d’observer des évènements exceptionnels (pollution, éruption volcanique, grand feux, etc).
Les chercheurs sont aussi impliqués dans les missions qui voleront après 2020, comme IRS-MTG (premier sondeur ozone-CO depuis l’orbite géostationnaire), IASI-NG (poursuite du programme IASI avec un instrument amélioré) et MERLIN  (mesure du méthane par un lidar embarqué).

  IASI   GOSAT  
  IMG JPG IASI FIELD OF VIEW Copyright Eumetsat    gosat logo  
  (C) IASI   (C) JAXA  

Campagnes de mesures 

L'équipe s'est beaucoup investie dans des campagnes internationales de mesures sur le terrain: étude de la mousson Africaine (AMMA), et du transport des polluants sur des longues distances (campagne YAK en Sibérie, POLARCAT et CLIMSLIP en Arctique).

L'équipe a également participé activement à des projets d'étude de la qualité de l'air et de la pollution à l'échelle régionale (eg MEGAPOLI).