COSY. COmparaisons SYstématiques (Mesures/Modèles focalisées sur le SIRTA)

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1 COSY COmparaisons SYstématiques (Mesures/Modèles focalisées sur le SIRTA) Laurent MENUT, Martial HAEFFELIN, Yohann MORILLE, Dmitry KHVOROSTIYANOV, Frédéric HOURDIN IPSL/Laboratoire de Météorologie Dynamique, Palaiseau, France 27 Mars Palaiseau

2 Le projet COMPERES : rappels Un peu d histoire contemporaine... COMPERES pour COMparaison PERmanentE au SIRTA un projet IPSL en 2004, coordonné par Robert Vautard et Martial Haeffelin, réalisé à Palaiseau et soutenu par : l IPSL (matériel stockage de données) AIRPARIF (matériel calcul) DGA/X avec un emploi pour un ingénieur dédié à la mise en place d une plate forme numérique : visualisation et scores sur le web par Yann Wanherdrick

3 Le projet COMPERES : un rapide bilan Des objectifs scientifiques centrés sur : Dynamique de la couche limite atmosphérique Nuages et cycle de l eau Un concept de mise à disposition publique et gratuite de prévisions expérimentales (automatiquement et le jour même), de simulations numériques validées par des mesures (plus tard et sur demande) Exemple des figures accessibles sur le site web

4 Le projet COMPERES : un rapide bilan Les plus : comparaisons mesures modèles "été comme hiver", une plate-forme de test des modèles météo (par ex. sensibilité de LMDz à la paramétrisation de l évaporation de surface), des pistes de développement de paramétrisations (par ex. thermiques en période nuageuse), mettre en place des méthodologies "mesures vers modèle" (par ex. le simulateur lidar dans CHIMERE) Les moins : Un point de départ pas assez orienté "projets" Un financement non pérenne, Une architecture informatique trop lourde Pas assez de diffusion des résultats dans la communauté Difficulté à faire des simulations "sur demande" Le bilan : Un projet purement "dynamique" a compléter avec la composition atmosphérique (gaz et aérosols), a permis de confirmer que la prévision expérimentale était une méthodologie de recherche à part entière, une dizaine de publications dans des revues de rang A,

5 Le projet COSY Quelle base de départ? Le souci de pérénniser la structure : plus légère et plus robuste Tout en libre accès : une plate forme internet mettant à disposition figures, diagnostics et données Chaque comparaison doit être motivée par une question scientifique précise Quoi de neuf depuis COMPERES? Structuration recherche : équipe INTRO au LMD (depuis 2007), CHIMERE : outil national INSU avec une mission de "service pérenne" (mise à disposition du modèle, de simulations, de statistiques etc.), LMDz : nouvelles paramétrisations couche-limite/convection/nuages, Approches "modèle vers observations" en développement constant (par ex. CALIPSO), Historique de données Vers des nouvelles mesures au SIRTA (qualité de l air),

6 COSY : 3 axes principaux Méthodologies de comparaisons modèles/observations Les "petites échelles" (le km) en comparant les flux de surface, La structure verticale de la CLA en simulant des profils lidar, Les occurences de structures nuageuses (et les corrélations avec la photochimie) Prévision expérimentale multi-modèles / multi-échelles Evaluer les modèles quotidiennement (dynamiques et chimie-transport) Estimer la variabilité observée, et l utiliser pour modifier les paramétrisations (vers la plus petite échelle) Quantifier la prévisibilité Etudes climatologiques Replacer l ensemble des méthodologies précédentes dans un cadre pluri-annuel, évaluer indépendamment des tendances par la mesure et les modèles, comparer les deux pour mieux comprendre les "dérives" possibles des modèles

7 COSY : Méthodologies de comparaisons modèles/observations "modèle vers observation" : paramétrisations reproduisant des quantités mesurées à partir de sorties de modèles La dynamique de surface est-elle suffisamment bien reproduite pour la pollution? Vent, température et flux turbulents en surface avec LMDz et WRF Quelle est l erreur faite sur l épaisseur / l altitude des couches d aérosols modélisées? Profils verticaux de concentrations en aérosols dans la couche limite avec CHI- MERE et comparaisons au lidar (analyse STRAT).

8 COSY : Statistiques sur les mesures Evaluations statistiques de : la variabilité de la couche limite en région parisienne de l occurence de couches fines d aérosols et de leur inclusion dans la couche limite : évaluation et tentative de paramétrisation : toutes les stations IDF de 2003 à 2006 moyenne région Parisienne de PM10 de 2003 à 2006, lidar en fonctionnement, : avec couches d aérosols détectées,[colette et al., 2008, Atm.Env.]

9 COSY : Prévision expérimentale multi-modèles/multi-échelles Dynamique : couche de surface stable / instable et thermiques Question : Quelles capacités des modèles météo à reproduire la représentativité locale? L existant : Des prévisions expérimentales quotidiennes de la météorologie MM5/WRF sur : l Europe de l Ouest ( x=0.5 o ), France Nord ( x=15km), la région parisienne ( x=5km) A ajouter, modifier : Des comparaisons de séries chronologiques multi-résolution localisées au SIRTA L ajout de la mesure locale SIRTA pour la température, le module du vent, les flux de chaleur etc. Intervenir dans les paramétrisations urbaines de WRF et LMDz

10 COSY : Prévision expérimentale multi-modèles/multi-échelles Transport d aérosols Question : Peut-on simuler assez finement les concentrations de dust pour évaluer la part naturelle du bilan de PM en Ile de France? L existant : Des simulations quotidiennes de concentrations en aérosols désertiques, une validation en AOT avec AERONET (y compris Palaisau/SIRTA) A ajouter, modifier : Revoir le calcul de l épaisseur optique des dust en fonction de leur nature Revoir les paramétrisations de mélange vertical Chercher à représenter les couches fines d aérosols

11 COSY : Prévision expérimentale multi-modèles/multi-échelles Strcture verticale de la pollution atmosphérique régionale Question : Quelle est la structure verticale des polluants dans la couche de surface (i.e "respirable")? L existant : Des simulations quotidiennes de concentrations sur l Europe, avec champs de concentrations de gaz et particules (ozone, NOx et PM2.5, PM10 etc.) A ajouter, modifier : Une descente en échelle pour la région Parisienne, Une représentation plus fine des basses couches dans les modèles (résolution et paramétrisation) La comparaison à des mesures sur mâts? lidar ozone? La prévision GEMS : multi-météo et multiémissions surfaciques

12 COSY : Un projet ouvert aux suggestions et contributions La plate-forme internet de comparaison : Existe déjà partiellement, en "morceaux" Va être présentée sur un site unique avant l été 2008 Va s enrichir dans les mois qui viennent pour répondre aux questions présentées A ajouter, modifier : D autres questions pouvant s appuyer sur les mesures et modèles existants?