Caractérisation des propriétés chimiques, physiques et optiques des matières particulaires atmosphériques dans le Grand Nord canadien

Abstract

Les aérosols atmosphériques, c’est-à-dire les matières particulaires, sont une source importante d’incertitudes dans les modèles climatiques. En raison de cette incertitude, il est important d’analyser la corrélation entre la composition, les propriétés physiques (par exemple la taille des particules) et les propriétés optiques des aérosols atmosphériques en utilisant différents instruments. Dans l’Arctique, l’impact du changement climatique se fait ressentir de façon plus rapide que la moyenne mondiale, d’où ce problème souligne le besoin important d’effectuer des mesures atmosphériques dans cette région. À cette fin, des mesures sur le terrain en rapport avec la composition des aérosols atmosphériques sont actuellement effectuées au Laboratoire de Recherche Atmosphérique sur l’Environnement Polaire (PEARL) à Eureka, au Nunavut (80N, 86O), afin de caractériser les aérosols dans le Grand Nord canadien. Les instruments déployés comprennent deux PAX (Photoacoustic Extinctiometers), qui mesurent la diffusion de la lumière et l’absorption des aérosols à 870 nm et 405 nm, ensuite un spectromètre de masse, appelé aussi AMS (Aerosol Mass Spectrometer), puis un OPC (Optical Particle Counter) et finalement un SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer). En utilisant les données obtenues de ces instruments, qui sont opérationnels depuis août 2015 jusqu’en date d’aujourd’hui, il est possible d’observer des changements dans la distribution de la taille des aérosols et de leur concentration, en plus de changements concomitants dans leurs caractéristiques optiques. Plus particulièrement, les mesures actuelles des aérosols fournissent des observations à long terme sur la distribution de la taille des aérosols dans l’Arctique pour les deux modes extrêmes, soit pour les fines et grosses particules. Des événements sur le grossissement des particules ont été fréquemment observés pendant l’été 2015 et l’été 2016. Cependant, d’autres événements à long terme peuvent être observés au courant de l’année, comme l’événement d’une plume de pollution, ou même le phénomène de brume arctique qui se produit chaque hiver dans le Grand Nord canadien.

Atmospheric aerosols, i.e. particulate matter (PM), are a major source of uncertainty in climate models. Due to this uncertainty, it is important to analyze the correlation between the composition, the physical properties (e.g. particle size) and the optical properties of atmospheric aerosols using different instruments. In the Arctic, climate change is much more rapid than the global mean, highlighting the important need for atmospheric measurements in this region. To this end, field measurements of the composition of atmospheric aerosols are currently being performed at the Polar Atmospheric Environment Research Station (PEARL) in Eureka, Nunavut (80N, 86W) to characterize aerosols in the Canadian High Artic. The instruments deployed include two PAXs (Photoacoustic Extinctiometers) that measure aerosol light scattering and absorption at 870 nm and at 405 nm, an AMS (Aerosol Mass Spectrometer), an OPC (Optical Particle Counter) and a SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer). Using the data obtained from these instruments, which have been operational since August 2015, it is possible to observe changes in aerosol size distributions and aerosol concentrations as well as concomitant changes in the optical characteristics of aerosols. More specifically, the current aerosol measurements provide long-term observations of Arctic aerosol size distributions for both coarse and fine modes. Particle growth events were frequently observed during the summers of 2015 and 2016. In addition, other long-term events can be seen throughout the years, like long-rang transport of a pollution plume, or the arctic haze, occurring every winter in the Canadian High Arctic.