NARCM : Northern Aerosol Regional Climate Model. Lubos Spacek bureau 525 tél : <Lubos.Spacek@ec.gc.ca>

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Mireille René
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1 NARCM : Northern Aerosol Regional Climate Model Lubos Spacek bureau 5 tél : <Lubos.Spacek@ec.gc.ca> 1

2 Table des matières Le but du projet NARCM créer un modèle régional avec la chimie et microphysique des aérosols effectuer les simulations climatiques en Arctique pour identifier le rôle des emmissions anthropique en Arctique implanter le code dans le modèle global Description du modèle Test du modèle contre les observation terrestres contre les observation satellitaires Discussion (météorologie et chimie) Expérience finale (pas encore réalisée) Conclusion Lubos Spacek, RPN 2

implanter le code dans le modèle global Description du modèle Test du modèle contre les observation terrestres contre

3 Description La base de NARCM est le Modèle Régional du Climat Dynamique Physique semi-lagrangien semi-implicite advection de traceurs Version CGCM II. condensation, transport convectif d aérosols, processus de surface Chimie et microphysique étaient a dévelloper lessivage, nucléation, condensation, coagulation chimie dans les nuages et dans l air clair processus nuageux et de surface Participants UQAM, Sherbrooke, McGill, Dalhousie SMC, CRESTech - Lidar Laboratory,Center for Research in Earth and Space Technology Lubos Spacek, RPN

condensation, transport convectif d aérosols, processus de surface Chimie et microphysique étaient a dévelloper lessivage,

4 Description advection de traceurs dans la version d origine il existait un traceur - eau liquide, généraliser le code à n traceurs condensation Lohmann, U. and E. Roeckner, Design and performance of a new cloud microphysics scheme developed for the ECHAM general circulation model, Clim. Dyn. 12, , 1. (concentration de sulphates pour calcculer tr0) tr01 eau liquide tr02 cristaux de glace tr0 concentration de particules nuageuses tr04 nébulosité transport convectif de traceurs convection basée sur CAPE développée à CCCma (généralisée pour n traceurs) processus de surface CLASS (Canadian Land Surface Scheme) très difficile, numériquement instable exigeant compiler tout le modèle à l aide de -r8 -i4 Lubos Spacek, RPN 4

(concentration de sulphates pour calcculer tr0) tr01 eau liquide tr02 cristaux de glace tr0 concentration de particules nuageuses tr04 nébulosité transport convectif de traceurs

5 modèle colonne Description a servi pour développer de nouveaux paramétrages il a fonctionné au début avec les tendences dynamiques extraites du modèle global plus tard avec les observations tailles d aérosols 8 sections 0.01, 0.01, 0.07, 0.07, 0.14, 0.27, 0.5, 1.0 µm 12 sections plus tard 0.005, 0.01, 0.02,..., 10.24,.48 µm espèces (5) particles (0) gaz (5) nuage (4) sel de mer, sulphates, suie, poussière, organiques H 2 S, DMS, SO 2, H 2 SO 4, H 2 O 2 gouttelettes, cristaux, noyaux, nébulosité en tout traceurs Lubos Spacek, RPN 5

0 µm 12 sections plus tard 0.005, 0.01, 0.02,..., 10.24,.

6 Aérosols sont représentés par un mélange internal les paramétrages tiennent compte des tailles de particules les tendances de masse peuvent être exprimée C ip t = Cdyn ip t + Csrc ip t + Ccla ip t + Cdry ip t + Cicl ip t + Cbcl ip t i représente le diamètre sec, p le typ d aérosol les dimensions réelles de particules dépendent de l humidité ambiante Lubos Spacek, RPN

ip t + Ccla ip t + Cdry ip t + Cicl ip t + Cbcl ip t i représente le diamètre sec, p le typ

7 Test du modèle Version sulphates et sel de mer le premier plus grand test a été lancée quand le cycle du soufre complet a été réalisé une base de données d observations terrestres a été crée dans la première phase pour faire des comparaisons directes aux observations (concetration, spectrum, etc.) dans la deuxième étape les données satelitaires LITE (Lidar In-space Technology Experiment), un instrument canadien a fait des observation au bord de la navette NASA en parallèle avec COSAM (Comparison of Sulphate Aerosol Models), le budget du soufre sur la Côte Est de l Amérique du Nord a été calculé backscattering coefficient a été calculé dans le modèle et extrait des observations les source des polluants les plus précises que possible étaient nécessaires Lubos Spacek, RPN 7

) dans la deuxième étape les données satelitaires LITE (Lidar In-space Technology Experiment), un instrument canadien a fait des observation au bord de la navette NASA en parallèle avec COSAM

8 sources The GEIA B inventory Benkovitz et al., 1 anthropique SO 2 et SO 2 4 natural DMS et H 2 S NCAR Mozart model Brasseur et al., 18 O, H 2 O 2 valeurs moyennes quotidiennes OH and NO valeurs moyennes quotidiennes redistribuées selon l angle zénithal du Soleil modification de taux démmissions s est avérée nécessaire ces donnée proviennent de Atmospheric Aerosol Research Inc., Missisauga Lubos Spacek, RPN 8

, 18 O, H 2 O 2 valeurs moyennes quotidiennes OH and NO valeurs moyennes quotidiennes redistribuées

9 sources Region State/Province 14/185 1 AL,FL,GA,SC MN,WI,IA,IL,MO,AR,LA,MS 0.80 MI,IN,OH,PA,NY,MD,DE,NJ,DC,VA,NC,KY,TN MA,ME,CT,RI,VT,NH NB 0.8 NS,PE 0. 7 NF PQ 0. ON 0.42 Scale factors used to adjust the GEIA B inventory Lubos Spacek, RPN

80 MI,IN,OH,PA,NY,MD,DE,NJ,DC,VA,NC,KY,TN 0.7 4 MA,ME,CT,RI,VT,NH 0.

10 Configuration 0 E 1 W BUDGET DOMAIN 0 0 W W 0 W centre : (N,W) grille : 1 x 70 x 22 t = 10 s h = 100 km début : 7 sep 14 00Z fin : sep 14 00Z cible : 1-1, 14, 17 orbites satellitaires domaine du budget 2 carré (spectre) Lubos Spacek, RPN 10

11 Mean kinetic energy (J/kg) at 0 hpa and mean sea level pressure (hpa) 1-1 September 14, (a,b) modelled, (c,d) observed modelled (a) modelled (b) observed (c) observed (d) Lubos Spacek, RPN 11

(c,d) observed modelled (a) modelled (b) 1010 100 100 100 1010 0 10 10

12 Analyzed mean sea level pressure (hpa) and wind speed (m/s) for 14 and 17 September 14 at 00Z, (a,b) modelled, (c,d) observed.00 (ms-1) 14 Sept modelled (a) 17 Sept modelled (b) Sept observed (c) 17 Sept observed (d) Lubos Spacek, RPN 12

00 (ms-1) 14 Sept modelled (a) 17 Sept modelled (b) 1010 1010 1010 10 10 1010 10 1010 1010

13 Relative humidity (%) at 8 hpa for 14 and 17 September 14 at 00Z, (a,b) modelled, (c,d) observed 14 Sept modelled (a) 17 Sept modelled (b) 14 Sept observed (c) 17 Sept observed (d) Lubos Spacek, RPN 1

14 Precipitable water (mm) for 14 and 17 September 14 at 00Z, (a,b) modelled, (c,d) observed Sept modelled (a) Sept modelled (b) Sept observed (c) Sept observed (d) Lubos Spacek, RPN 14

modelled (a) 0 10 0 17 Sept modelled (b) 10 10 40 10 0 14 Sept observed (c) 40

15 Total precipitation amount (mm) for 1-1 September 14, (a) modelled, (b) observed 0 W 0 W 2 45 N a N b W 0 W Lubos Spacek, RPN 15

0 W 2 45 N a 12 8 4 45 N b 2 4 4 4 2 2 2 0 2

16 Cloudiness for 14 and 17 September 14 at 18Z (a,c) 14 modelled, September 14 (b,d) observed (a) (b) 17 September 14 (c) (d) Lubos Spacek, RPN 1

17 Daily mean SO 2 4 surface level concentration (µg/m ) for 14 and 17 September 14, (a) modelled, (b) observed 0 W 0 W 0 W 0 W 45 N a 45 N a N b 45 N b W 0 W 0 W 0 W Lubos Spacek, RPN 17

0 W 0 W 45 N a 45 N a 12 15 12 27 18 12 27 18 0 0 45 N b 45

18 Weekly mean SO 2 4 and SO 2 surface level concentration (µg/m ) 1-1 September 14, (a) modelled, (b) observed 0 W 0 W 0 W 0 W 45 N a 45 N a N b 45 N b W 0 W 0 W 0 W Lubos Spacek, RPN 18

0 W 0 W 45 N a 45 N a 27 18 15 15 12 18 27 18 12 0 0 45 N b

19 Mean SO 2 4 /SO x concentration ratio 1-1 September 14, (a) modelled, (b) observed 0 W 0 W 45 N a N b W 0 W Lubos Spacek, RPN 1

W 0 W 45 N a 0.4 0. 0. 0. 0.0 45 N b 0.4 0. 0. 0. 0. 0.0 0 W 0 W Lubos Spacek, RPN 1

20 Configuration 0 E 1 W BUDGET DOMAIN 0 0 W W 0 W centre : (N,W) grille : 1 x 70 x 22 t = 10 s h = 100 km début : 7 sep 14 00Z fin : sep 14 00Z cible : 1-1, 14, 17 orbites satellitaires domaine du budget 2 carré (spectre) Lubos Spacek, RPN

21 Comparison of weekly mean volume (b,d) and number size (a,c) distributions for west Atlantic (full line) and US Midwest (dashed line) all at 0% hpa a 1.E hpa b dn/dlogd (cm - ) dv/dlogd (micron cm - ) 1.E+01 1.E+00 1.E D (µm) hpa c 1.E diameter (µm) 1.E hpa d dn/dlogd (cm - ) dv/dlogd (micron cm - ) 1.E+01 1.E+00 1.E D (µm) 1.E diameter (µm) Lubos Spacek, RPN 21

22 Configuration 0 E 1 W BUDGET DOMAIN 0 0 W W 0 W centre : (N,W) grille : 1 x 70 x 22 t = 10 s h = 100 km début : 7 sep 14 00Z fin : sep 14 00Z cible : 1-1, 14, 17 orbites satellitaires domaine du budget 2 carré (spectre) Lubos Spacek, RPN 22

23 Budget Component [10 8 moles] SO 2 4 from the surface to 2.5 km SO 2 1. Emissions Dry D.Mass Wet D.Mass Clear-Air In-Cloud Hor. Export Ver. Export Layer Mass Lifetime (days) Sources Sinks Balance Mass difference Net imbalance from 2.5 km to the top of the model 1. Emissions Dry D.Mass Wet D.Mass Clear-Air In-Cloud Hor. Export Ver. Export Layer Mass Lifetime (days) Sources Sinks Balance Mass difference Net imbalance from the surface to the top of the model 15. Net imbalance Lubos Spacek, RPN 2

24 situation météorologique Discussion en général anticyclonique permetant l accumulation de soufre sur la Côte Est le modèle a simulé correctement le passage du front froid le modèle était trop sec (l initialisation) sous-estimation des sulphates (5%), surestimation de SO2 (88%) moins d humidité = moins de nuages moins d humidité = moins de précipitations = faible oxidations dans les nuages spectre déplacé vers les petites particules manque d humidité manque d autres types d aérosols manque de transport de l extérieur le budget de soufre schéma SL donne des résultats satisfaisants Lubos Spacek, RPN 24

25 Peut-on faire mieux? on peut Discussion pilotage spectral - appliquer les onde longues à l intérieur du domaine une initialisation plus réaliste des champs géophysiques que par la climatologie On ne s est pas laissé décourager et nous avons continué avec les observations satellitaires même si les résultats terrestres n étaient pas satisfaisants les comparaisons satellitaires ont dévoilée beaucoup de choses backscattering coefficient Lubos Spacek, RPN

26 Configuration 0 E 1 W BUDGET DOMAIN 0 0 W W 0 W centre : (N,W) grille : 1 x 70 x 22 t = 10 s h = 100 km début : 7 sep 14 00Z fin : sep 14 00Z cible : 1-1, 14, 17 orbites satellitaires domaine du budget 2 carré (spectre) Lubos Spacek, RPN 2

27 LITE Lubos Spacek, RPN 27

28 Le but final de NARCM - à 5 ans dans l Arctique Simulation du avec une version du modèle simplifiée. Seulement les sulphates. On voit bien se produire l événeément qui s appelle Arctic Haze Lubos Spacek, RPN 28

29 Question 1 (en guise de) Conclusion Jusqu à où peut-on aller dans la diversité des processus qui gérent la chimie et microphysique des aérosols? Question 2 chaque nouvelle espèce et réaction augmentent considérablement les calculs expérience hémispherique seulement avec la version la plus simple LITE avec 2 types d aérosols (7 Gb, 8 heures = 0 min) LITE avec 5 types d aérosols (après l optimisation, 1 Gb, 8 heures = 0 min) refaire les comparaison - impossible Est-il bon d exiger beaucoup d espèces? non Description du modèle et comparaison avec les observation terrestre (refusé, peu d espèces) Comparaison avec les données satellitaires (accepté à cause de son originalité mais non publié aussi à cause de peu d espèces) Lubos Spacek, RPN 2

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