attività di ricerca e validazione cetemps per quitsat
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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)) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS
per QUITSAT
Gabriele CurciPaolo Stocchi
Gianluca Redaelli
Meeting QUITSAT QRv1, CGS Milano, 18 marzo 2008
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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)
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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)
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Mod1_CO&COV: Ricerca
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)
Funzioni peso su Parigi
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)
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Mod1_CO&COV: Ricerca
Gennaio 2004 Luglio 2004
QU
ITS
AT
NA
SA
QM
4v1
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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 F
ran
cofo
rte, 2
2/0
7/2
00
4 (D
iscesa, 7
2
pro
fs)
Preparazione dati MOZAIC per confronto con dati MOPITT
1. Ricampionamento sui 7 livelli verticali di MOPITT (Xmoz)
2. Calcolo matrice funzioni peso A = I - CX·Ca-1
3. Trasformazione X’moz = A·Xmoz + (I-A)·Xa-priori
4. 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
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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
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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)
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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
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Mod4_MetM: Ricerca
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
VELOCITA’ VENTO
Bias
Media oraria su tutte le stazioni
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Mod4_MetM: Ricerca
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
TEMPERATURA
Bias
Media oraria su tutte le stazioni
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Mod4_MetM: Ricerca
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
TEMPERATURA
VELOCITA’ VENTO
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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)
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Mod6_TT&AssimProc: Ricerca
NORTH
EASTWEST
SOUTH
TOPDominio del modello regionale (Chimere)
LongitudeLa
titud
e
Alti
tude
Le condizioni al contorno (BC)
sono implementate
come concentrazioni
imposte ai bordi laterali e
superiore del dominio
Le concentrazioni BC sono
trasportate all’interno del
dominio dai venti
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Mod6_TT&AssimProc: Ricerca
Ozone BCfor July
In Chimere le BC standard sono medie mensili da run climatologici di modelli globali
• LMDz-INCA per i gas• GOCART per gli aerosol
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Mod6_TT&AssimProc: Ricerca
GEOS-Chemglobal CTM ts_YYYYMMDD.bpchts_YYYYMMDD.bpchts_YYYYMMDD.bpchts_YYYYMMDD.bpch
src/prep/preptop_geoschem
src/prep/preplat_geoschem
TOP_CONCS.nc LAT_CONCS.nc
Chimere coreV200709CLE
GEN
D FILES
Existing CODE
New CODE
HourlyGEOS-Chem timeseries
gas & aerosol(binary format)
Chimerepre-processing
HourlyChimere BC
(netCDF)
If .not. conse-cutive
run
inicoarse.nc
Implementazione BC Orarie GEOS-Chem in Chimere
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Mod6_TT&AssimProc: Ricerca
Ozone BCfor July
BC Orarie da GEOS-Chem
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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
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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
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Mod6_TT&AssimProc: Validazione NO2
(QM5v1)
Confronto con stazioni AirBase (Com. EU) di
BACKGROUND
Media di NO2: sottostima 10-20 ug/m3
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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)
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Mod3_CF: Ricerca
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]
STD
CHE
75
90
110
125
75
90
110
125
Sim. RMS Bias Corr.
STD 35.4 9.7 0.77
CHE 43.6 15.9 0.66
Confronto con AirBase O3 obs.
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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
Run EUROPEO (50 km)
Run QUITSAT (10 km)
ug/m3 D+0 D+1 D+2 D+0 D+1 D+2
Obs.123.4
92.0 92.3 92.7 112.0 113.3 114.4
Bias -31.4 -31.0 -30.7 -11.4 -10.1 -9.0
RMS 42.9 42.6 42.5 31.4 31.3 31.6
Corr 0.33 0.32 0.30 0.53 0.51 0.49
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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
ug/m3 EUR QUI
Obs.25.8
1.9 10.3
Bias -23.9 -15.6
RMS 38.9 27.4
Corr 0.33 0.53