A 3d Regional Scale Photochemical Air Quality Model. Application to a 3 Day Summertime Episode over Paris Un modèle photochimique 3D de qualité de l'air à l'échelle régionale. Application à un épisode de 3 jours à Paris en été

Abstract

This paper presents AZUR, a 3D Eulerian photochemical air quality model for the simulation of air pollution in urban and semi-urban areas. The model tracks gas pollutant species emitted into the atmosphere by transportation and industrial sources, it computes the chemical reactions of these species under varying meteorological conditions (photolysis, pressure, temperature, humidity), their transport by wind and their turbulent diffusion as a function of air stability. It has a modular software structure which includes several components dedicated to specific processes :-MERCURE, a meso-scale meteorological model to compute the wind field, turbulent diffusion coefficients, and other meteorological parameters. It is a 3D regional scale model accounting for different ground types and urban densities. It includes a complete set of physical parameterizations in clear sky. -MIEL, an emission inventory model describing the pollutant fluxes from automotive transportation, domestic and industrial activities. This model includes a mobile source inventory based on road vehicle countings together with global information on transportation fluxes extracted from statistical population data. It uses specific emission factors representative of the vehicle fleet and real driving patterns. -MoCA a photochemical gas phase model describing the chemistry of ozone, NOx, and hydrocarbon compounds. This model, with 83 species and 191 reactions, is a reduced mechanism well adapted to various air quality conditions (ranging from urban to rural conditions). For interpretative reasons, the identity of primary hydrocarbons is preserved. -AIRQUAL, a 3D Eulerian model describing the transport by mean wind flux and air turbulent diffusion of species in the atmosphere, associated with a Gear type chemical equation solver. The model has been applied to a 3-day summertime episode over Paris area. Simulation results are compared to ground level concentration measurements performed by the local monitoring network (Airparif). Cet article présente AZUR, un modèle photochimique eulérien 3D de qualité de l'air pour la simulation de la pollution de l'air dans les zones urbaines et semi-urbaines. Ce modèle suit les évolutions des espèces polluantes gazeuses émises dans l'atmosphère par les transports routiers et les sources industrielles, il prend en compte les réactions chimiques auxquelles sont soumises ces espèces pour des conditions météorologiques en évolution (photolyse, pression, température, humidité), leur transport par le vent et leur diffusion turbulente en fonction de la stabilité de l'air. Le logiciel a une structure modulaire avec plusieurs composants dédiés à des processus spécifiques : -MERCURE est un modèle météorologique à moyenne échelle pour déterminer les champs de vents, les coefficients de diffusion turbulente et d'autres paramètres météorologiques. C'est un modèle 3D à l'échelle régionale qui prend en compte les différentes configurations de sols et les zones de densité urbaine. Il comprend un système complet de paramètres physiques associés à des situations de ciel dégagé. -MIEL est un modèle d'inventaire d'émissions décrivant les flux de polluants provenant des transports automobiles et des activités domestiques ou industrielles. Ce modèle comprend un inventaire des sources mobiles basé sur des comptages de véhicules sur routes associés à des informations globales sur les flux de transports déduites de données statistiques sur la population. Il utilise des facteurs d'émission spécifiques correspondant aux flottes de véhicules et à des conditions de conduites réalistes. -MoCA est un modèle photochimique en phase gazeuse décrivant la chimie de l'ozone, des NOx, et des composés hydrocarbonés. Ce modèle, avec 83 espèces et 191 réactions, correspond à un mécanisme réduit bien adapté à des conditions variées de qualité de l'air (allant de conditions en sites urbains à celles en sites ruraux). Pour des raisons de commodité d'interprétation, l'identité des hydrocarbures primaires est conservée. -AIRQUAL est un modèle eulérien 3D décrivant les phénomènes de transport par les vents et la diffusion turbulente des espèces dans l'atmosphère, il est associé à un solveur d'équations chimiques du type Gear. Le modèle a été appliqué à un épisode estival de 3 jours au-dessus de la région parisienne. Les résultats de la simulation sont comparés aux mesures de concentrations opérées par le réseau local de surveillance (Airparif).