Variability of aerosol vertical distribution in the Sahel
Creators
- 1. Institute of Atmospheric Sciences and Climate
- 2. Tecnologia Energia Ambiente Materiali (Italy)
- 3. Université Paris Cité
- 4. French National Centre for Scientific Research
- 5. Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques
- 6. Laboratoire Techniques, Territoires et Sociétés
- 7. Délégation Paris 7
Description
Abstract. In this work, we have studied the seasonal and inter-annual variability of the aerosol vertical distribution over Sahelian Africa for the years 2006, 2007 and 2008, characterizing the different kind of aerosols present in the atmosphere in terms of their optical properties observed by ground-based and satellite instruments, and their sources searched for by using trajectory analysis. This study combines data acquired by three ground-based micro lidar systems located in Banizoumbou (Niger), Cinzana (Mali) and M'Bour (Senegal) in the framework of the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA), by the AEROsol RObotic NETwork (AERONET) sun-photometers and by the space-based Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization (CALIOP) onboard the CALIPSO satellite (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Observations). During winter, the lower levels air masses arriving in the Sahelian region come mainly from North, North-West and from the Atlantic area, while in the upper troposphere air flow generally originates from West Africa, crossing a region characterized by the presence of large biomass burning sources. The sites of Cinzana, Banizoumbou and M'Bour, along a transect of aerosol transport from East to West, are in fact under the influence of tropical biomass burning aerosol emission during the dry season, as revealed by the seasonal pattern of the aerosol optical properties, and by back-trajectory studies. Aerosol produced by biomass burning are observed mainly during the dry season and are confined in the upper layers of the atmosphere. This is particularly evident for 2006, which was characterized by a large presence of biomass burning aerosols in all the three sites. Biomass burning aerosol is also observed during spring when air masses originating from North and East Africa pass over sparse biomass burning sources, and during summer when biomass burning aerosol is transported from the southern part of the continent by the monsoon flow. During summer months, the entire Sahelian region is under the influence of Saharan dust aerosols: the air masses in low levels arrive from West Africa crossing the Sahara desert or from the Southern Hemisphere crossing the Guinea Gulf while in the upper layers air masses still originate from North, North-East. The maximum of the desert dust activity is observed in this period which is characterized by large AOD (above 0.2) and backscattering values. It also corresponds to a maximum in the extension of the aerosol vertical distribution (up to 6 km of altitude). In correspondence, a progressive cleaning up of the lowermost layers of the atmosphere is occurring, especially evident in the Banizoumbou and Cinzana sites. Summer is in fact characterized by extensive and fast convective phenomena. Lidar profiles show at times large dust events loading the atmosphere with aerosol from the ground up to 6 km of altitude. These events are characterized by large total attenuated backscattering values, and alternate with very clear profiles, sometimes separated by only a few hours, indicative of fast removal processes occurring, likely due to intense convective and rain activity. The inter-annual variability in the three year monitoring period is not very significant. An analysis of the aerosol transport pathways, aiming at detecting the main source regions, revealed that air originated from the Saharan desert is present all year long and it is observed in the lower levels of the atmosphere at the beginning and at the end of the year. In the central part of the year it extends upward and the lower levels are less affected by air masses from Saharan desert when the monsoon flow carries air from the Guinea Gulf and the Southern Hemisphere inland.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
الخلاصة. في هذا العمل، قمنا بدراسة التباين الموسمي والتباين بين السنوات للتوزيع الرأسي للهباء الجوي على منطقة الساحل الأفريقي للأعوام 2006 و 2007 و 2008، مع وصف النوع المختلف من الهباء الجوي الموجود في الغلاف الجوي من حيث خصائصه البصرية التي تلاحظها الأجهزة الأرضية والساتلية، والبحث عن مصادره باستخدام تحليل المسار. تجمع هذه الدراسة البيانات التي تم الحصول عليها من خلال ثلاثة أنظمة ليدار دقيقة أرضية تقع في بانيزومبو (النيجر) وسينزانا (مالي) ومبور (السنغال) في إطار التحليل متعدد التخصصات للرياح الموسمية الأفريقية (AMMA)، ومن خلال أجهزة قياس الضوء الشمسي AEROsol ROBOTIC NETwork (AERONET) ومن خلال جهاز Lidar السحابي الهوائي الفضائي مع الاستقطاب المتعامد (CALIOP) على متن قمر CALIPSO الصناعي (عمليات الرصد السحابي الهوائي لليدار والأشعة تحت الحمراء). خلال فصل الشتاء، تأتي الكتل الهوائية المنخفضة التي تصل إلى منطقة الساحل بشكل أساسي من الشمال والشمال الغربي ومن منطقة المحيط الأطلسي، بينما في التروبوسفير العلوي، ينشأ تدفق الهواء عمومًا من غرب إفريقيا، ويعبر منطقة تتميز بوجود مصادر كبيرة لحرق الكتلة الحيوية. تقع مواقع سينزانا وبانيزومبو ومبور، على طول مقطع من نقل الهباء الجوي من الشرق إلى الغرب، في الواقع تحت تأثير انبعاث الهباء الجوي الحارق للكتلة الحيوية الاستوائية خلال موسم الجفاف، كما يتضح من النمط الموسمي للخصائص البصرية للهباء الجوي، ومن دراسات المسار الخلفي. يتم ملاحظة الهباء الجوي الناتج عن حرق الكتلة الحيوية بشكل أساسي خلال موسم الجفاف ويتم حصره في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. ويتجلى ذلك بشكل خاص في عام 2006، الذي تميز بوجود كميات كبيرة من الهباء الجوي المحترق للكتلة الحيوية في جميع المواقع الثلاثة. كما لوحظ احتراق الهباء الجوي للكتلة الحيوية خلال فصل الربيع عندما تمر الكتل الهوائية الناشئة من شمال وشرق أفريقيا فوق مصادر احتراق الكتلة الحيوية المتناثرة، وخلال فصل الصيف عندما يتم نقل الهباء الجوي المحترق للكتلة الحيوية من الجزء الجنوبي من القارة عن طريق تدفق الرياح الموسمية. خلال أشهر الصيف، تخضع منطقة الساحل بأكملها لتأثير هباء الغبار الصحراوي: تصل الكتل الهوائية ذات المستويات المنخفضة من غرب إفريقيا التي تعبر الصحراء الكبرى أو من نصف الكرة الجنوبي الذي يعبر خليج غينيا بينما في الطبقات العليا لا تزال الكتل الهوائية تنشأ من الشمال والشمال الشرقي. لوحظ الحد الأقصى لنشاط غبار الصحراء في هذه الفترة التي تتميز بقيم AOD كبيرة (أعلى من 0.2) وقيم التشتت العكسي. كما أنه يتوافق مع الحد الأقصى في امتداد التوزيع الرأسي للهباء الجوي (حتى 6 كم من الارتفاع). في المراسلات، يحدث تنظيف تدريجي للطبقات السفلى من الغلاف الجوي، ويتضح ذلك بشكل خاص في موقعي بانيزومبو وسينزانا. يتميز الصيف في الواقع بظواهر الحمل الحراري الواسعة والسريعة. تُظهر ملفات تعريف ليدار في بعض الأحيان أحداث غبار كبيرة تقوم بتحميل الغلاف الجوي بالهباء الجوي من الأرض على ارتفاع يصل إلى 6 كم. تتميز هذه الأحداث بإجمالي قيم التشتت العكسي الموهنة الكبيرة، وتتناوب مع ملفات تعريف واضحة للغاية، مفصولة أحيانًا ببضع ساعات فقط، مما يدل على حدوث عمليات إزالة سريعة، على الأرجح بسبب نشاط الحمل الحراري والمطر المكثف. التباين بين السنوات في فترة الرصد لمدة ثلاث سنوات ليس كبيرا جدا. وكشف تحليل مسارات نقل الهباء الجوي، الذي يهدف إلى الكشف عن مناطق المصدر الرئيسية، أن الهواء الناشئ من الصحراء الصحراوية موجود طوال العام ويلاحظ في المستويات الدنيا من الغلاف الجوي في بداية ونهاية العام. في الجزء الأوسط من العام، يمتد صعودًا وتكون المستويات الدنيا أقل تأثرًا بالكتل الهوائية من الصحراء الكبرى عندما يحمل تدفق الرياح الموسمية الهواء من خليج غينيا ونصف الكرة الجنوبي الداخلي.Translated Description (French)
Résumé. Dans ce travail, nous avons étudié la variabilité saisonnière et interannuelle de la distribution verticale des aérosols sur l'Afrique sahélienne pour les années 2006, 2007 et 2008, caractérisant les différents types d'aérosols présents dans l'atmosphère en termes de leurs propriétés optiques observées par les instruments au sol et par satellite, et leurs sources recherchées en utilisant l'analyse de trajectoire. Cette étude combine les données acquises par trois systèmes micro lidar au sol situés à Banizoumbou (Niger), Cinzana (Mali) et M'Bour (Sénégal) dans le cadre de l'Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA), par les photomètres solaires AEROsol RObotic NETwork (AERONET) et par le lidar spatial Cloud-Aerosol à Polarisation Orthogonale (CALIOP) embarqué à bord du satellite CALIPSO (Observations Cloud-Aerosol Lidar et Infrarouge Pathfinder). Pendant l'hiver, les masses d'air des niveaux inférieurs arrivant dans la région sahélienne proviennent principalement du Nord, du Nord-Ouest et de la région atlantique, tandis que dans la haute troposphère, le flux d'air provient généralement d'Afrique de l'Ouest, traversant une région caractérisée par la présence de grandes sources de combustion de la biomasse. Les sites de Cinzana, Banizoumbou et M'Bour, le long d'un transect de transport d'aérosols d'Est en Ouest, sont en effet sous l'influence de l'émission d'aérosols de combustion de biomasse tropicale pendant la saison sèche, comme le révèlent le schéma saisonnier des propriétés optiques des aérosols, et par des études de rétro-trajectoire. Les aérosols produits par la combustion de la biomasse sont observés principalement pendant la saison sèche et sont confinés dans les couches supérieures de l'atmosphère. Ceci est particulièrement évident pour 2006, qui a été caractérisé par une grande présence d'aérosols brûlant de la biomasse dans les trois sites. L'aérosol brûlant de la biomasse est également observé au printemps lorsque les masses d'air provenant d'Afrique du Nord et de l'Est passent sur des sources de combustion de biomasse rares, et en été lorsque l'aérosol brûlant de la biomasse est transporté de la partie sud du continent par le flux de mousson. Pendant les mois d'été, toute la région sahélienne est sous l'influence d'aérosols de poussières sahariennes : les masses d'air à basse altitude arrivent d'Afrique de l'Ouest en traversant le désert du Sahara ou de l'hémisphère sud en traversant le golfe de Guinée tandis que dans les couches supérieures, les masses d'air proviennent encore du Nord, du Nord-Est. Le maximum de l'activité de poussière du désert est observé dans cette période qui est caractérisée par de grandes valeurs d'AOD (supérieures à 0,2) et de rétrodiffusion. Elle correspond également à un maximum dans l'extension de la distribution verticale des aérosols (jusqu'à 6 km d'altitude). Dans la correspondance, un nettoyage progressif des couches les plus basses de l'atmosphère se produit, particulièrement évident dans les sites de Banizoumbou et de Cinzana. L'été est en effet caractérisé par des phénomènes convectifs étendus et rapides. Les profils lidar montrent parfois de grands événements de poussière chargeant l'atmosphère d'aérosol depuis le sol jusqu'à 6 km d'altitude. Ces événements sont caractérisés par de grandes valeurs totales de rétrodiffusion atténuées et alternent avec des profils très clairs, parfois séparés de quelques heures seulement, indiquant des processus d'élimination rapides, probablement dus à une activité convective et pluviale intense. La variabilité interannuelle au cours de la période de suivi de trois ans n'est pas très significative. Une analyse des voies de transport des aérosols, visant à détecter les principales régions sources, a révélé que l'air provenant du désert saharien est présent toute l'année et qu'il est observé dans les niveaux inférieurs de l'atmosphère au début et à la fin de l'année. Dans la partie centrale de l'année, il s'étend vers le haut et les niveaux inférieurs sont moins affectés par les masses d'air du désert saharien lorsque le flux de mousson transporte l'air du golfe de Guinée et de l'hémisphère sud à l'intérieur des terres.Translated Description (Spanish)
Resumen En este trabajo se ha estudiado la variabilidad estacional e interanual de la distribución vertical de aerosoles sobre el África Saheliana para los años 2006, 2007 y 2008, caracterizando los diferentes tipos de aerosoles presentes en la atmósfera en términos de sus propiedades ópticas observadas por instrumentos terrestres y satelitales, y sus fuentes buscadas mediante análisis de trayectoria. Este estudio combina datos adquiridos por tres sistemas micro lidar terrestres ubicados en Banizoumbou (Níger), Cinzana (Malí) y M'Bour (Senegal) en el marco del Análisis Multidisciplinario del Monzón Africano (AMMA), por los fotómetros solares AEROsol RObotic NETwork (AERONET) y por Cloud-Aerosol Lidar con Polarización Ortogonal (CALIOP) basado en el espacio a bordo del satélite CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Observations). Durante el invierno, las masas de aire de los niveles más bajos que llegan a la región del Sahel provienen principalmente del norte, noroeste y del área atlántica, mientras que en la troposfera superior el flujo de aire generalmente se origina en África occidental, cruzando una región caracterizada por la presencia de grandes fuentes de quema de biomasa. Los sitios de Cinzana, Banizoumbou y M'Bour, a lo largo de un transecto de transporte de aerosoles de este a oeste, están de hecho bajo la influencia de la emisión de aerosoles que queman biomasa tropical durante la estación seca, como lo revela el patrón estacional de las propiedades ópticas de los aerosoles y los estudios de retrotrayectoria. Los aerosoles producidos por la quema de biomasa se observan principalmente durante la estación seca y se confinan en las capas superiores de la atmósfera. Esto es particularmente evidente para 2006, que se caracterizó por una gran presencia de aerosoles que queman biomasa en los tres sitios. El aerosol que quema biomasa también se observa durante la primavera, cuando las masas de aire originarias del norte y este de África pasan sobre fuentes escasas de quema de biomasa, y durante el verano, cuando el flujo monzónico transporta el aerosol que quema biomasa desde la parte sur del continente. Durante los meses de verano, toda la región del Sahel está bajo la influencia de los aerosoles de polvo saharianos: las masas de aire en niveles bajos llegan desde África occidental cruzando el desierto del Sahara o desde el hemisferio sur cruzando el Golfo de Guinea, mientras que en las capas superiores las masas de aire todavía se originan desde el norte, noreste. El máximo de la actividad del polvo del desierto se observa en este período que se caracteriza por grandes AOD (por encima de 0,2) y valores de retrodispersión. También corresponde a un máximo en la extensión de la distribución vertical del aerosol (hasta 6 km de altitud). En correspondencia, se está produciendo una limpieza progresiva de las capas más bajas de la atmósfera, especialmente evidente en los sitios de Banizoumbou y Cinzana. De hecho, el verano se caracteriza por fenómenos convectivos extensos y rápidos. Los perfiles lidar muestran a veces grandes eventos de polvo que cargan la atmósfera con aerosol desde el suelo hasta 6 km de altitud. Estos eventos se caracterizan por grandes valores de retrodispersión atenuada total, y se alternan con perfiles muy claros, a veces separados por solo unas pocas horas, indicativos de que se producen procesos de eliminación rápidos, probablemente debido a una intensa actividad convectiva y de lluvia. La variabilidad interanual en el periodo de seguimiento de tres años no es muy significativa. Un análisis de las vías de transporte de aerosoles, con el objetivo de detectar las principales regiones de origen, reveló que el aire originado en el desierto del Sahara está presente durante todo el año y se observa en los niveles más bajos de la atmósfera al comienzo y al final del año. En la parte central del año se extiende hacia arriba y los niveles más bajos se ven menos afectados por las masas de aire del desierto del Sahara cuando el flujo del monzón transporta aire desde el Golfo de Guinea y el hemisferio sur hacia el interior.Files
acp-10-12005-2010.pdf.pdf
Files
(2.3 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cadd97452d0dbeaac773090dcd0ae647
|
2.3 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تقلب التوزيع الرأسي للهباء الجوي في منطقة الساحل
- Translated title (French)
- Variabilité de la distribution verticale des aérosols dans le Sahel
- Translated title (Spanish)
- Variabilidad de la distribución vertical de aerosoles en el Sahel
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2102517891
- DOI
- 10.5194/acp-10-12005-2010
References
- https://openalex.org/W1497669168
- https://openalex.org/W1897274086
- https://openalex.org/W1992249208
- https://openalex.org/W1994440835
- https://openalex.org/W2000674916
- https://openalex.org/W2005192947
- https://openalex.org/W2008874157
- https://openalex.org/W2009881387
- https://openalex.org/W2016022149
- https://openalex.org/W2017655947
- https://openalex.org/W2018369361
- https://openalex.org/W2018482968
- https://openalex.org/W2021260473
- https://openalex.org/W2023775172
- https://openalex.org/W2026317156
- https://openalex.org/W2029491907
- https://openalex.org/W2030006242
- https://openalex.org/W2035204328
- https://openalex.org/W2037426315
- https://openalex.org/W2038653220
- https://openalex.org/W2046636055
- https://openalex.org/W2050210384
- https://openalex.org/W2054119472
- https://openalex.org/W2062606022
- https://openalex.org/W2070804679
- https://openalex.org/W2073305356
- https://openalex.org/W2083502704
- https://openalex.org/W2085403637
- https://openalex.org/W2111698023
- https://openalex.org/W2116167458
- https://openalex.org/W2117567679
- https://openalex.org/W2118057206
- https://openalex.org/W2119155763
- https://openalex.org/W2120312964
- https://openalex.org/W2123969841
- https://openalex.org/W2124128132
- https://openalex.org/W2125030301
- https://openalex.org/W2126260074
- https://openalex.org/W2127356308
- https://openalex.org/W2137895123
- https://openalex.org/W2138697988
- https://openalex.org/W2157451705
- https://openalex.org/W2161856557
- https://openalex.org/W2162733648
- https://openalex.org/W2164263790
- https://openalex.org/W2178690059
- https://openalex.org/W3104574686
- https://openalex.org/W4254393691
- https://openalex.org/W4254639451