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Les aérosols dans le modèle couplé

Les aérosols dans le modèle couplé. Céline Déandreis Réunion CPLIPSL - 04/04/07. Rappel: Impact des aérosols sur le bilan radiatif. L’effet direct:. Interaction des aérosols avec le rayonnement solaire Modification de l’épaisseur optique de la couche atmosphérique Effet linéaire.

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Les aérosols dans le modèle couplé

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Presentation Transcript

  1. Les aérosols dans le modèle couplé Céline DéandreisRéunion CPLIPSL - 04/04/07

  2. Rappel: Impact des aérosols sur le bilan radiatif • L’effet direct: • Interaction des aérosols avec le rayonnement solaire • Modification de l’épaisseur optique de la couche atmosphérique • Effet linéaire • Les effets indirects: • Modification de la microphysique des nuages • modification de l’épaisseur optique nuageuse • Effet non linéaire 1/10 Haywood et Boucher, 2000

  3. Modélisation: • Version du modèle • LMDZ4 en mode forcé 96x73x19 • bucket • INCA version CH4 - AER • Effets et espèces étudiées au niveau radiatif: • Initialement (version de JQ et JLD): • Effets: direct et premier indirect • Espèce: sulfate • Actuellement: • Généralisation à l’aérosol anthropique: sulfate + aérosol carboné (POM et BC) • Futur: • Généralisation à tout l’aérosol : anthropique + naturel (SS et Dust) (Pb pour le passage au couplé: les vents à 10m) 2/10

  4. Calcul des forçages radiatifs (FR) dans LMDZ : calcul on-line de FR instantané sans ajustement de la température stratosphérique NB: référence effet direct (zéro aérosol) ≠ référence effet indirect (aérosol naturel) Forçages = concentrations Aérosol : fichier de concentrations prescrites naturelles Aérosol : fichier de concentrations prescrites Anthropiques + naturelles p2t = mois Propriétés optiques de la couche nuageuse Propriétés optiques de la couche atmosphèrique Propriétés optiques de la couche nuageuse Code radiatif Flux Net 1 : aérosol=0 et nuage=nat. Flux Net 2 : aérosol=nat.+anth. et nuage=nat. Flux Net 3 : Aérosol=nat.+anth. et nuage=nat.+anth. FR direct/indirect = ΔFN Ajustement de Température pris en compte par la physique du modèle LMDZ 3/10

  5. Ajustement de Température pris en compte par la physique du modèle Couplage à INCA : Aérosol : fichier de concentrations prescrites naturelles Aérosol : fichier de concentrations prescrites Anthropiques + naturelles Propriétés optiques de la couche nuageuse Propriétés optiques de la couche atmosphèrique Propriétés optiques de la couche nuageuse Code radiatif Flux Net 1 : aérosol=0 et nuage=nat. Flux Net 2 : aérosol=nat.+anth. et nuage=nat. Flux Net 3 : Aérosol=nat.+anth. et nuage=nat.+anth. FR direct/indirect = ΔFN LMDZ 4/10

  6. Ajustement de Température pris en compte par la physique du modèle Couplage à INCA : Aérosol : fichier d’émissions Anthropiques+Naturelles Forçage principal = émissions Forçage de référence = concentrations INCA P2t = 30min Aérosol : fichier de concentrations prescrites naturelles Aérosol : concentrations calculées on-line Anthropiques + naturelles Propriétés optiques de la couche nuageuse Propriétés optiques de la couche atmosphèrique Propriétés optiques de la couche nuageuse Code radiatif Flux Net 1 : aérosol=0 et nuage=nat. Flux Net 2 : aérosol=nat.+anth. et nuage=nat. Flux Net 3 : Aérosol=nat.+anth. et nuage=nat.+anth. FR direct/indirect = ΔFN LMDZ 4/10

  7. Ajustement de Température pris en compte par la physique du modèle Couplage à INCA : Aérosol : fichier d’émissions Anthropiques+Naturelles Boucle complète: Climat <=> chimie INCA P2t = 30min Aérosol : fichier de concentrations prescrites naturelles Aérosol : concentrations calculées on-line Anthropiques + naturelles P2t = 30min Propriétés optiques de la couche nuageuse Propriétés optiques de la couche atmosphèrique Propriétés optiques de la couche nuageuse Code radiatif Flux Net 1 : aérosol=0 et nuage=nat. Flux Net 2 : aérosol=nat.+anth. et nuage=nat. Flux Net 3 : Aérosol=nat.+anth. et nuage=nat.+anth. FR direct/indirect = ΔFN LMDZ 4/10

  8. Ajustement de Température pris en compte par la physique du modèle Couplage à INCA : Aérosol : fichier d’émissions Anthropiques+Naturelles Boucle complète: Climat <=> chimie INCA P2t = 30min • En résumé… • Avantages: • - accès à la variabilité de l’aérosol (p2t=30min) • - champs d’aérosol répondent au modification de température, précipitation… • Inconvénients: • - calcul du FR contient : • - l’effet des aérosols • - l’effet de la rétroaction climatique aérosol (<3%) • CPU et mémoire élevés; fichier aérosol naturel compliquée à obtenir •  dans le couplé utilisation d’un code radiatif off-line pour le calcul des FR Aérosol : fichier de concentrations prescrites naturelles Aérosol : concentrations calculées on-line Anthropiques + naturelles P2t = 30min Propriétés optiques de la couche nuageuse Propriétés optiques de la couche atmosphèrique Propriétés optiques de la couche nuageuse Code radiatif Flux Net 1 : aérosol=0 et nuage=nat. Flux Net 2 : aérosol=nat.+anth. et nuage=nat. Flux Net 3 : Aérosol=nat.+anth. et nuage=nat.+anth. FR direct/indirect = ΔFN LMDZ 4/10

  9. LES RESULTATS: • I - Choix du schéma de convection • KE vs Tiedtke • II - Schéma de convection et chimie • III - Principales conséquences du couplage à INCA • sur les forçages radiatifs • sur les variables physiques 5/10

  10. L’insertion de INCA dans le couplé est elle envisageable? • Comparaison des bilans radiatifs pour les 2 schémas de convection: KE vs Tiedtke • Conclusion: Le schéma de KE est plus adapté au passage en couplé 6/10

  11. POM BC SO4 1.8 0.2 2 1 KE 0.1 1 0 0 0 0.5 0.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.05 0.05 0.02 0.02 0.05 -0.02 -0.02 -0.05 -0.05 0.02 0.01 - 0.1 - 0.1 - 0.2 - 0.2 0.005 0.002 - 0.5 - 0.5 -0.002 -0.005 - 0.01 - 0.02 - 0.05 Chimie et convection • Comparaison des concentrations (µg/m3) de sulfate, POM et BC: KE vs Tiedtke KE - Tiedtke • Conclusion: Accumulation d’espèces dans la haute troposphère avec KE 7/10

  12. 10 10 2 2 2 5 5 1 1 1 2 2 0.5 0.5 0.5 1 1 0.2 0.2 0.2 0.5 0.5 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 - 0.2 - 0.2 - 0.1 - 0.1 - 0.1 - 0.5 - 0.5 - 0.2 - 0.2 - 0.2 - 1 - 1 - 0.5 - 0.5 - 0.5 - 2 - 2 - 5 - 5 - 1 - 1 - 1 - 10 - 10 - 2 - 2 - 2 Effet du couplage à INCA: les forçages radiatifs • effet direct linéaire => pas de conséquence LMDZ-INCA - LMDZ écart ~ 2% LMDZ-INCA - 0.46W/m² • premier effet indirect: LMDZ-INCA - LMDZ écart ~ - 8% LMDZ-INCA - 0.36W/m² 8/10

  13. Effet du couplage à INCA: les variables physiques • Modification des champs physiques suite au couplage LMDZ-INCA + effet aérosol Température différence en °C Précipitation écart relatif (en %) 9/10

  14. Prochaines étapes vers le couplé • prise en compte des aérosols dans le couplé • rétroaction climat aérosol via l’ajustement de température • calcul des forçages radiatifs off -line (avec ou sans ajustement de température de la stratosphère) fréquence mensuelle ou autre • prochaines étapes • remplacer la version bucket par une version d’Orchidée. Laquelle? • simulations snap -shot présent et futur de référence avant un run transitoire 10/10

  15. 12/13

  16. Hourdin et al, 2006

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