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Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS per QUITSAT

Gabriele Curci Paolo Stocchi Gianluca Redaelli Meeting QUITSAT QRv1, CGS Milano, 18 marzo 2008. Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS per QUITSAT. QUITSAT @ CETEMPS (v1). Mod1_CO&COV: CO MOPITT  ricerca & validazione (QM4) Mod3_CF: Forecast Gas  ricerca & validazione (QF(b))

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Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS per QUITSAT

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Presentation Transcript

  1. Gabriele Curci Paolo Stocchi Gianluca Redaelli Meeting QUITSAT QRv1, CGS Milano, 18 marzo 2008 Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS per QUITSAT

  2. QUITSAT @ CETEMPS (v1) • Mod1_CO&COV: CO MOPITT  ricerca & validazione (QM4) • Mod3_CF: Forecast Gas  ricerca & validazione (QF(b)) • Mod4_MetM: campi meteo per monitoraggio & forecast  ricerca (INEO-METEO) • Mod6_TT&AssimProc: Monitoraggio Gas e Trasporto Trasfrontaliero  ricerca & validazione (QM5) • Dati input: • DEO-MOPITT2 (MOPITT L2) • DNEO-METEO (NCEP/ECMWF) • Dati intermedi: • INEO-METEO (Meteo per monitoraggio & forecast) • Prodotti: • QM4 (Colonna CO MOPITT) • QM5 (Monitoraggio Gas 50x50 km2) • QF(b) (Forecast Gas 50x50 km2 e 10x10 km2)

  3. Mod1_CO&COV Nella versione 1 del sistema elabora mappe mensili di colonna di monossido di carbonio (CO) su un grigliato europeo 1°x1° a partire da dati satellitari di livello 2 da MOPITT/Terra (NASA) per l’anno 2004 (QM4v1) Il modulo è offline (S/S monitoraggio)

  4. Mod1_CO&COV: Ricerca Funzioni peso su Parigi MOPITT (Measurement Of Pollution In The Troposphere) è un radiometro nell’infrarosso (4.7-2.3 µm) Dati di Livello 2 (formato HDF-EOS): rapporto di mescolamento di CO su 7 livelli (superficie, 850, 700, 500, 350, 250 e 150 hPa) Retrieval profilo CO (X): X = A·Xtrue + (I-A)·Xa-priori dove A=averaging kernel (f. peso) Calcolo colonna: C= tT·X dove t=operatore colonna (spessore livelli) Inverno (24/01/04) Estate (22/07/04) Le funzioni peso indicano la sensibilità verticale dello strumento e da dove proviene l’informazione Routine di calcolo scritte ex-novo per QUITSAT solo con software libero (Linux shell, Fortran90, HDF, LAPACK, GrADS)

  5. Mod1_CO&COV: Ricerca Gennaio 2004 Luglio 2004 NASA QUITSAT QM4v1

  6. Mod1_CO&COV: Validazione QM4v1 I dati di livello 2 MOPITT sono distribuiti già validati dalla NASA (Emmons et al., 2004, 2007) In questa attività ci si propone di estendere la validazione all’Europa e dimostrare la capacità di saper processare correttamente i dati I dati utilizzati per il confronto con MOPITT sono misure aeree di CO dal programma MOZAIC • Preparazione dati MOZAIC per confronto con dati MOPITT • Ricampionamento sui 7 livelli verticali di MOPITT (Xmoz) • Calcolo matrice funzioni peso A = I - CX·Ca-1 • Trasformazione X’moz = A·Xmoz + (I-A)·Xa-priori • Calcolo colonna C’moz = tT·[Xa-priori + A·(X’moz-Xa-priori)] • Questa procedura è simile per qualsiasi tipo di dato si voglia confrontare con MOPITT (es. output CTM) • I dati vengono trasformati così come sarebbero “visti” da MOPITT Francoforte, 22/07/2004 (Discesa, 72 profs)

  7. Mod1_CO&COV: Validazione QM4v1 • Risultati validazione: • Conferma precedente osservazione (Emmons et al.) del bias <+10% di MOPITT vs MOZAIC • Il software sviluppato permette di processare correttamente sia i dati MOPITT che i dati da confrontare • Risultati preliminari indicano che anche il modello CTM globale GEOS-Chem ha un bias <10% rispetto a MOPITT e MOZAIC (v. Figura) MONITORAGGIO TRASPORTO TRASFRONTALIERO

  8. Mod4_MetM Nella versione 1 del sistema elabora i campi 3D meteo orari per l’anno 2004 (INEO-METEO) Il modulo è online (S/S monitoraggio e S/S previsione)

  9. Mod4_MetM (et al.): Domini di simulazione • Meteo MM5 • Run EUROPEO 36x36 km2 • Run QUITSAT 12x12 km2 • Chimere CTM • Run EUROPEO 50x50 km2 • Run QUITSAT 10x10 km2

  10. Mod4_MetM: Ricerca VELOCITA’ VENTO • Confronto con dati da centraline meteo forniti dall’ARPA Emilia-Romagna (database DEXTER) • VELOCITA’ VENTO A 10 m • Simulazione MM5 Luglio 2005 • Bias medio compreso tra -1 e +1 m/s Bias Media oraria su tutte le stazioni

  11. Mod4_MetM: Ricerca TEMPERATURA • Confronto con dati da centraline meteo forniti dall’ARPA Emilia-Romagna (database DEXTER) • TEMPERATURA AL SUOLO • Simulazione MM5 Luglio 2005 • Bias medio compreso tra -1 e -5 °C Bias Media oraria su tutte le stazioni

  12. Mod4_MetM: Ricerca TEMPERATURA • Test di sensibilità parametrizzazioni: • STDR: configurazione standard • Microfisica Reisner 2 • Schema cumuli Grell • PBL MRF • Radiazione RRTM • Modello suolo Noah • CCM: come STDR ma • Radiazione CCM2 • BLTYP: come STDR ma • PBL Gayno-Seaman • STDR miglior compromesso VELOCITA’ VENTO

  13. Mod6_TT&AssimProc Nella versione 1 del sistema elabora i campi 3D gas orari per l’anno 2004 in configurazione monitoraggio (QM5v1) Il modulo è offline (S/S monitoraggio)

  14. Mod6_TT&AssimProc: Ricerca TOP Le condizioni al contorno (BC) sono implementate come concentrazioni imposte ai bordi laterali e superiore del dominio Dominio del modello regionale (Chimere) NORTH Altitude WEST EAST Latitude SOUTH Le concentrazioni BC sono trasportate all’interno del dominio dai venti Longitude

  15. Mod6_TT&AssimProc: Ricerca • In Chimere le BC standard sono medie mensili da run climatologici di modelli globali • LMDz-INCA per i gas • GOCART per gli aerosol Ozone BC for July

  16. Mod6_TT&AssimProc: Ricerca Implementazione BC Orarie GEOS-Chem in Chimere Hourly GEOS-Chem timeseries gas & aerosol (binary format)‏ GEOS-Chem global CTM ts_YYYYMMDD.bpch ts_YYYYMMDD.bpch ts_YYYYMMDD.bpch ts_YYYYMMDD.bpch If .not. conse-cutive run src/prep/ preptop_geoschem src/prep/ preplat_geoschem Chimere pre-processing inicoarse.nc Hourly Chimere BC (netCDF)‏ TOP_CONCS.nc LAT_CONCS.nc FILES Chimere core V200709C Existing CODE LEGEND New CODE

  17. Mod6_TT&AssimProc: Ricerca BC Orarie da GEOS-Chem Ozone BC for July

  18. Mod6_TT&AssimProc: Ricerca • Quale impatto possiamo aspettarci dalle BC sulle simulazioni di Chimere? • Test: • CTRL = run di riferimento • NOBC = run senza BC • Risultato per Ozono: • L’influenza delle BC si espande dai bordi al centro del dominio in circa 10 giorni • Le BC contribuiscono a un fondo di circa 50-60 ppbv • L’importanza delle BC varia a seconda dell’attività fotochimica locale

  19. Mod6_TT&AssimProc: Validazione Ozono (QM5v1) Confronto con stazioni AirBase (Com. EU) di BACKGROUND Media di Ozono: sovrastima 2-10 ug/m3 Massimo di Ozono: sottostima 10-18 ug/m3 Rural Urban

  20. Mod6_TT&AssimProc: Validazione NO2 (QM5v1) Confronto con stazioni AirBase (Com. EU) di BACKGROUND Media di NO2: sottostima 10-20 ug/m3

  21. Mod3_CF Nella versione 1 del sistema elabora i campi 3D gas orari per l’anno 2004 in configurazione forecast (QF(b)v1) Il modulo è offline (S/S previsione)

  22. Mod3_CF: Ricerca STD Test di sensibilità sulla parametrizzazione dell’altezza del PBL Simulazione estate 2004 Altezza PBL (h) determina diffusione turbolenta: K(z) ≈ z·(1-z/h) STD = altezza PBL da output MM5 CHE = altezza PBL ricalcolata secondo Cheinet [2002, PhD Thesis] 125 110 90 75 CHE 125 Confronto con AirBase O3 obs. 110 90 75

  23. Mod3_CF: Validazione Ozono (QF(b)v1) • Confronto con stazioni AirBase (Com. EU) di BACKGROUND RURAL • su dominio QUITSAT • Ozono massimo • EUR ~ -31 ug/m3 • QUI ~ -10 ug/m3 • Da EUR a QUITSAT: • Migliorano bias, RMS e correlazione • Da D+0 a D+2: • Migliora bias • RMS ~ invariato • Peggiora correlazione

  24. Mod3_CF: Validazione NO2 (QF(b)v1) • Confronto con stazioni AirBase (Com. EU) di BACKGROUND RURAL • su dominio QUITSAT • (D+0) • NO2 medio • EUR ~ -24 ug/m3 • QUI ~ -15 ug/m3 • Da EUR a QUITSAT: • Migliorano molto bias, RMS e correlazione

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