Assimilation des observations MLS
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Brice Barret, Eric Le Flochmoën Equipe O 3 et précurseurs, Laboratoire d’Aérologie PowerPoint PPT Presentation


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Assimilation des observations MLS Transport d’espèces chimiques de l’Asie vers l’Afrique dans l’UT Chaine de traitement des données IASI pour la restitution de profils de CO et d’O 3. Brice Barret, Eric Le Flochmoën Equipe O 3 et précurseurs, Laboratoire d’Aérologie

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Presentation Transcript


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Assimilation des observations MLSTransport d’espèces chimiques de l’Asie vers l’Afrique dans l’UTChaine de traitement des données IASI pour la restitution de profils de CO et d’O3

Brice Barret, Eric Le Flochmoën

Equipe O3 et précurseurs, Laboratoire d’Aérologie

CNRS / Université Paul Sabatier

Toulouse, France

Collaborateurs ADOMOCA Toulouse


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

  • General context

  • O3 = greenhouse gas + pollutant

    • Precursor emissions, transport, chemistry and radiations

  • CO = O3 precursor, pollution tracer (lifetime > 1 month)

    • Emissions and transport

  • West African and Asian Monsoons = uplift of polluted air masses into the UT

  • Scientific questions

  • Main transport pathways of CO/O3 to the African UT ?

  • Interconnections between the Asian and African UT ?

  • Photochemical production of O3 during transport ?

  • Reasons for the synoptic variability of CO/O3 over Africa ?

  • Method

  • Assimilation of sparse spaceborne observations into a global CTM to provide realistic 4D CO/O3 distributions with a synoptic time resolution.


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Carbon monoxide

Biomass Burning inventories over Africa

Activity within AMMA : Western African Monsoon in 2006

African BB: AMMA-LA

African BB: GFED

MOCAGE

MOPITT

MOPITT

MOCAGE

MOCAGE*AK

MOCAGE*AK

African BB:

NOx: 5.5 TgN/year

CO: 119 TgC/year

African BB:

NOx: 1.6 TgN/year

CO: 64 TgC/year

  • Higher BB emissions from AMMA-LA lead to a better agreement with MOPITT

  • CO transport from southern Africa to the Guinea Gulf is misrepresented

  • Impact on O3 has to be evaluated against satellite observations


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Carbon monoxide

[email protected] hPa (07/2006)

  • Main transport processes

  • South African BB CO uplifted within the WAM region to ~ 180 hPa.

  • Asian pollution uplifted during ASM south of TP / SW China to the LS ~ 100 hPa.

  • Asian pollution trapped within the AMA up to the LS.

  • UT transport from Asia to Northern Africa and the Mediterranean by AMA and TEJ.

  • Model versus Assimilation

  • UT Asian CO too low: low emissions / uplift processes / chemistry ?

  • African UT CO too high south of WAM: south African BB emissions too high ?

Assimilated MLS

TP

AMA

ASM

TEJ

WAM

MOCAGE (BB Africa: AMMA-LA)


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Carbon monoxide

Assimilated MLS CO at 200 hPa

(07/2006)

  • Synoptic transport processes

  • Assimilated fields versus satellite observations: 4D distributions (12h resolution).

  • Between 25-35°N the CO UT distribution is driven by the elongations and shedding of the AMA.

  • Around 21 July, an anomalous propagation of the TEJ transports an Asian CO plume to the African Atlantic coast and northward to the western Mediterannean.


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Carbon monoxide

Transport of CO by the TEJ

MOCAGE-MLS CO

150 hPa / 15-25°N

Simulation / assimilation / in-situ CO

Averaged over 15-25°N

MOZAIC

Easterly winds

10 m/s

MOCAGE

MOCAGE-MLS

Day of July 2006

anomalous CO transport

from Asia to Africa

by the TEJ

MOZAIC

(Namibia-Germany)

flight longitude

Model: problem with emissions or uplift ?

Longitude

Barret et al., ACP, 2008


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Carbon monoxide

Transport of CO by the AMA

  • AMA characterised by low PV (1.5 PVU taken as criterium at 150 hPa)

  • mean extension to 0°E at 150 hPa

  • dynamic instabilities: periodic sheddings into secondary anticyclones and elongations

  • CO maxima correlated to PV minima

PV

150 hPa / 25-35°N

MOCAGE-MLS CO

150 hPa / 25-35°N

Weak vortex

1.5 PVU

Shedding

Elongation

Day of July 2006

Shedding

Westward

propagation

25°E


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Carbon monoxide

Validation for the whole summer

Assimilation with the linearised CO scheme

R(MOZAIC-SIMUL)=0.3

R(MOZAIC-ASSIM)=0.7

(Racmobus)

20-30°N

15 May

30 September


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Ozone

[email protected] hPa (07/2006)

  • Model versus assimilation

  • The general O3 structure well represented by the model

  • Overestimation of UT O3 maxima within the AMA and over Africa

  • Scientific issues

  • Origin of the O3 UT maximum within AMA over Middle-east: stratosphere / Li-NOx / Asian emissions

  • Impact of this enhanced AMA O3 over Africa / Mediterranean

  • Reason of model overestimation: OH-chemistry, Convection/LiNOx, surface emissions

Assimilated MLS (Linearised O3)

MOCAGE (African BB: AMMA-LA)


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Transport pathways of chemicals from Asia to Africa

Ozone

Comparison MOCAGE-MOZAIC for the whole summer

R(MOZAIC-SIMUL)=0.7

20-30°N


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Conclusions

  • Assimilation of MLS UTLS observations with MOCAGE-PALM provides CO and O3 distributions:

  • more realistic than the model in particular within the AMA

  • validated (CO) with the MOZAIC Air-Namibia observations over Africa

  • with a synoptic time resolution unachievable with the MLS observations

  • Identification of the main transport pathways of CO to the African UT during the monsoon season:

  • uplift within the Asian and African convective regions

  • synoptic variations modulated by the AMA elongations/sheddings (25-35°N band)

  • westward transport by the TEJ east of 15°E (15-25°N band)

Perspectives

  • Quantitative determination of the air-masses origin

  • Setup of tagged-CO in MOCAGE: source region (Africa/Asia…) / type (BB / anthopogenic / NMVOC oxidation…)

  • Use of idealized tracers in the different source/convective regions

  • Impact of the different sources on UT O3

  • sensitivity simulations: with-without convection/Li-NOx/surface NOx sources

  • assimilation of UTLS limb O3 observations on longer time periods and validation in the UT with MOZAIC

  • Identification of the causes of the model biases

    (e.g. too low (high) CO (O3) within the AMA)


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Chaîne de Traitement des données IASI au LA

  • Motivation

  • Produire des profils d’O3 et de CO sur des périodes longues et à l’échelle globale

  • Outils utilisés

  • Code de transfert radiatif rapide RTTOV de ECMWF

  • Module de restitution 1D-VAR de UKMO

  • Travaux effectués

  • Traitement des analyses ECMWF pour créer les fichiers d’entrée pour chaque pixel IASI

  • Pré-traitement des données L1C IASI

  • Mise en place d’un filtre nuageux basé sur la restitution de la température de surface

  • Premier test de restitution de profils d’O3 …


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Chaîne de Traitement des données IASI au LA

Paramètres atmosphériques :

Données ECMWF (grille 0.5°x0.5°)

(P, T, Q, paramètres de surface, …)

Spectres calibrés

Ether -> L1C IASI

Données a priori

Pré-traitement  inputs par pixel

RTTOV

1DVar

Chaîne de traitement

IASI au LA

( 1 )

( 2 )

T surface

No

Ozone

Nuage?

Post-traitement  produits L2

Cartographie des paramètres inversés (Tsurf, O3, CO, …)

Atelier ADOMOCA 13-14 novembre 2006


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Chaîne de Traitement des données IASI au LA

Données a priori

Ensemble de profils d’O3

IFS/ECMWF

Variabilité globale/annuelle

Matrice de Corrélation

Profil a priori


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Chaîne de Traitement des données IASI au LA

Filtre à nuage

Nombre de pixels

18/07/2007 Europe

T surf ECMWF

Nuages opaques

yes

Nombre de pixels

nuageux

DT < -10°

T surf IASI 831

no

Nuages semi-transparents

yes

|DT| > 5°

T surf IASI 957

Eremenko et al., GRL, 2008


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Chaîne de Traitement des données IASI au LA

Restitution de profils d’ozone…

2007/07/18

Lindenberg: 54°N 11°E

Tsurf=298°K

DOFS=4

Profiles

Spectres

A priori

IASI

sonde

Averaging Kernels

25 km

15 km

8 km

2 km


Brice barret eric le flochmo n equipe o 3 et pr curseurs laboratoire d a rologie

Chaîne de Traitement des données IASI au LA

  • Travaux en perspective

  • Automatisation de la chaine de traitement (fichier utilisateur de lancement, enchainement des tâches)

  • Optimisation de la régularisation des restitutions (matrices de covariance a priori et instrumentale)

  • Optimisation du temps de calcul (coefficients RTTOV binaires…)

  • Assouplissement des limitations de RTTOV (nombre de niveau de pression…)

  • Outils de caractérisation (averaging kernels, matrices d’erreur…)

  • Définition et mise en place d’un format pour les sorties

  • Validation: mise en place d’une recherche automatique des coincidences IASI avec les profils MOZAIC CO+O3 (+WOUDC, SHADOZ pour O3)

  • Collaborations

  • Interne pour la validation avec MOZAIC

  • Avec le Met-Office (1D-Var) et ECMWF (RTTOV) pour les mises à jour et le support technique

  • Avec les autres équipes impliquées dans le projet IASI/TOSCA (SA, LISA…) pour l’intercomparaison des L2


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