Les oxydes d'azote (NOx = NO + NO2) ont des effets négatifs sur la santé humaine et l'écosystème, et produisent des polluants secondaires, notamment de l'ozone, un gaz à effet de serre. Le NO2 provient principalement de l'activité humaine, à savoir les transports (>50% des émissions), l'énergie (26%) et les processus industriels (14%). Les instruments à haute résolution permettent d'orienter les mesures de réduction des émissions vers les secteurs les plus polluants.
Les stations de mesure de la qualité de l'air au sol réparties dans toute la Belgique surveillent les concentrations de polluants toutes les heures, tandis que l'instrument de surveillance troposphérique TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) à haute résolution et synchronisé avec le soleil mesure les colonnes troposphériques verticales de NO2 tous les jours. Les deux ensembles de données ont permis d'observer une forte pollution au NO2 près d'Anvers, en raison de l'ampleur et de la prévalence des secteurs susmentionnés dans cette zone.
TROPOMI a été lancé en novembre 2017. Depuis, des campagnes de validation ont montré l'existence de biais positifs dans les colonnes de NO2 obtenues par TROPOMI au-dessus de régions fortement polluées. Au-dessus d'Anvers, les mesures de NO2 par TROPOMI ont été comparées à des mesures de colonnes à haute résolution temporelle et spatiale obtenues à bord d'un avion, équipé d'un imageur hyperspectral mesurant le NO2.
Simulation centrée autour d'Anvers en utilisant les inventaires d’émission
Nous avons mis en place une simulation du modèle WRF-Chem à haute résolution sur un domaine de 100 x 100 km centré autour d'Anvers en utilisant les inventaires d’émission du Vlaamse Mileumaatschappij (VMM), à une résolution de 1 km2. La météorologie et la chimie du modèle ont été optimisées par des tests de calibration utilisant des observations in situ et aériennes. Nous avons ensuite utilisé le modèle comme outil pour améliorer les émissions d'entrée, plus particulièrement en ajustant le profil temporel appliqué et en ajustant la magnitude sur des régions spécifiques.
Nous avons constaté que les émissions de NOx étaient sous-estimées de 20 % au-dessus de Bruxelles et d'Anvers, de 13 % au-dessus de la région de la Ruhr et de 39 % au-dessus de Paris. L'utilisation des flux d'émissions ajustés dans le modèle a permis d'obtenir un très bon accord entre le modèle et les observations (voir figure 1). D'autres travaux pourraient se concentrer sur l'analyse des sous-estimations sectorielles.
Grâce à l'intercomparaison du NO2 du modèle, de l'avion et du satellite, nous avons estimé que le biais TROPOMI est de -10 % au-dessus d'Anvers, en accord avec les résultats d'autres études de validation dans des zones à forte pollution. Nous avons mis en évidence l'importance de la prise en compte de la sensibilité verticale de l'instrument TROPOMI. Enfin, nous avons effectué une analyse identique avec un produit TROPOMI NO2 mis à jour, qui se révèle avoir un biais insignifiant au-dessus d'Anvers.
Référence
Poraicu, C., Müller, J.-F., Stavrakou, T., Fonteyn, D., Tack, F., Deutsch, F., Laffineur, Q., Van Malderen, R., and Veldeman, N.: Cross-evaluating WRF-Chem v4.1.2, TROPOMI, APEX, and in situ NO2 measurements over Antwerp, Belgium, Geosci. Model Dev., 16, 479–508, https://doi.org/10.5194/gmd-16-479-2023, 2023.
