The effect of recent climate change in Central Asia poses a significant and potentially serious challenge to the region’s agricultural sector. An investigation of the aerosol-climate- crop yield correlation in this region is essential for a better understanding of the effect of aerosols and climate on Central Asian agriculture. Our goal is to investigate the linkages between aerosol, climate and major crop production (cotton, maize, wheat, and rice) in specified agricultural regions in the five Central Asian countries. Our approach is to perform the Pearson’s Correlation Coefficient analysis in order to observe the statistical correlation between crop yield, temperature, precipitation, and aerosol optical depth (AOD), for each indicated agricultural region in the selected countries. Besides, using NASA GIOVANNI website tools, we retrieve distribution maps and time series of temperature, precipitation and AOD to facilitate the analyses. The research shows that in some aspects, the relation between AOD, climate, and crop yield is different in Central Asia than in previous global or large scale research hypotheses. The statistical correlations vary not only across countries but also across agricultural regions. For example, in Kazakhstan, opposite correlations exist between precipitation and AOD in two different agricultural regions even though both regions are rain-fed. In the more arid countries (with lower rain rates) such as Turkmenistan and Uzbekistan, no correlation exists between crop production and temperature, precipitation, and AOD, while the less arid (with higher rain rate) countries (Kazakhstan, Kyrgyzstan, and Tajikistan) indicate a positive correlation.

We have studied gas flow and particle deposition in a realistic three-dimensional model of the bronchial tree, extending from the trachea to the segmental bronchi (7th airway generation for the most distal ones) using Computational Fluid Dynamics (CFD). The model is based on the morphometrical data of Horsfield et al. [J. Appl. Physiol. 31: 207-217, 1971] and on bronchoscopic and CT images, which give the spatial 3D-orientation of the curved ducts. It incorporates realistic angles of successive branching planes. Steady inspiratory flow varying between 50cm³/s and 500cm³/s was simulated as well as deposition of spherical aerosol particles (1 to 7& / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<p align="justify">Cette thèse traite de l'étude numérique et expérimentale du transport et de la déposition d'aérosols dans les poumons. La partie numérique du travail porte sur des simulations uni-, bi- et tridimensionnelles du comportement des aérosols dans la structure pulmonaire. Les simulations unidimensionnelles (1D) sont effectuées dans des modèles trompettes et multibranche similaires à ceux utilisés dans les études de transport et de mélange gazeux dans les poumons. Le dépôt total, le profil des dépôts le long des différentes générations de l'arbre bronchique ainsi que la dispersion de boli d'aérosols sont calculés en fonction de la taille des particules et du protocole respiratoire. Un bolus consiste en un faible volume d'aérosols inhalé sous la forme d'un pic de concentration au cours d'une inspiration d'air pur. Les résultats montrent les limitations intrinsèques liées aux modèles 1D quant à la description du transport des aérosols dans les poumons et suggèrent l'utilisation d'équations multidimensionnelles pour décrire le transport de particules. Des simulations bidimensionnelles (2D) sont alors développées pour décrire le comportement des aérosols dans un modèle représentatif de la zone alvéolaire du poumon humain. Les simulations montrent que les particules ne se déposent pas uniformément sur les parois alvéolaires des conduits mais qu'elles sont principalement localisées près de l'entrée des alvéoles et ceci principalement dans le cas de petites particules (diamètre inférieure à 0.5 mm). De plus, les résultats montrent que le traditionnel coefficient de dispersion utilisé dans l'approche unidimensionnelle ne peut pas être extrapolé dans la zone alvéolaire du poumon.</p><p><p align="justify">Finalement, des simulations tridimensionnelles (3D) sont réalisées dans un modèle d'un conduit pulmonaire entouré d'alvéoles et confirment la déposition largement hétérogène des aérosols calculée dans l'étude bidimensionnelle suggérant que les concentrations locales et moyennes en aérosols peuvent être substantiellement différentes.</p><p><p align="justify">Parallèlement, des données expérimentales de déposition totale et de dispersion de boli d'aérosols sont obtenues et comparées aux résultats numériques. Des indices tels que la dispersion du bolus expiré, la déposition totale ou le déplacement du mode entre les courbes de concentration des boli inspiré et expiré mesurés au niveau de la bouche ont été évalués. Des simulations numériques similaire aux tests expérimentaux sont également effectuées. Bien qu'une approche relativement simplifiée soit utilisée, il apparaît que les simulations décrivent raisonnablement bien les résultats expérimentaux.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished