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Modélisation du CO 2 atmosphérique: application et exercice d’intercomparaison. Estimation du transport adjoint

Modélisation du CO 2 atmosphérique: application et exercice d’intercomparaison. Estimation du transport adjoint. Claire Sarrat, Thomas Lauvaux, Joël Noilhan, Sylvie Donier, Pierre Lacarrère. Journées Meso-NH utilisateurs, 23-24 avril 2007.

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Modélisation du CO 2 atmosphérique: application et exercice d’intercomparaison. Estimation du transport adjoint

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  1. Modélisation du CO2 atmosphérique: application et exercice d’intercomparaison.Estimation du transport adjoint Claire Sarrat, Thomas Lauvaux, Joël Noilhan, Sylvie Donier, Pierre Lacarrère Journées Meso-NH utilisateurs, 23-24 avril 2007

  2. Objectifs du projet CarboEurope et de la campagne CERES (Dolman et al., BAMS, 2006) • CarboEurope: projet Européen du 6ieme PCRD • Campagne Régionale : CERES mai-juin 2005, 21 jours de POI • Objectifs : établir un bilan régional du CO2 avec modèles atmosphériques méso-échelles à partir des données CERES : • Sites de flux de surface (énergie, eau et CO2) sur différents types de couverts (forêt, vignes, maïs, blé d’hiver, colza, jachère, haricots verts) • Données de couche limite : RS, avions, radar UHF, télémètre… • Concentrations de CO2 sur des tours instrumentées: à Biscarosse, La Cape Sud, Marmande. Mesures de [CO2] aéroportés : Piper Aztec, Dimona, Sky Arrow • Evolution du LAI et des propriétés de surface (Ts, contenu en eau, albédo, NDVI,…)

  3. Le CO2 dans Meso-NH • Simuler le CO2 dans la couche limite, ainsi que les transferts surface-ABL et l’entrainement. • Simuler la dynamique de l’atmosphère et les concentrations afin de retrouver les puits et les sources de CO2 par modélisation inverse (Thèse de T. Lauvaux Météo France / LSCE) • Couplage Meso-NH / SURFEX0.6 • Assimilation le jour du CO2 atmosphérique par la végétation dans ISBA-A-gs, respiration de l’écosystème, émissions anthropiques Surface Meteorological Model LE, H, Rn, W, Ts… Meso-NH ISBA-A-gs CO2 Fluxes Atmospheric [CO2] Anthropogenic emissions Sea Noilhan et al. 89 Calvet et al., 98 Lafore et al., 98

  4. Atmospheric CO2 modelingMeso-NH configuration Altitude (m) 320 km 900 km • Nesting 2 ways • Land use: Ecoclimapv3, winter / summer crops • Initialization and lateral boundaries forcing: ECMWF model • Anthropogenic CO2 emissions from Stuttgart Univ. at 10km resolution Large domain : France Horizontal resolution: 10 km Small domain: CERES domain Horizontal resolution: 2 km

  5. Atmospheric CO2 modeling may–27 2005 Sea breeze effects(Sarrat et al., JGR, 2007) S-W S-E FOREST AREA AGRICUL. AREA AGRICUL. AREA CO2 concentrations Wind direction FOREST AREA S-W S-E CO2 concentrations (ppm) may-27 9HUTC CO2 concentrations (ppm) may-27 14HUTC

  6. Atmospheric CO2 modelling : june-06Lagrangian experiment N-W

  7. Atmospheric CO2 modelling : june-06Lagrangian experiment : Budget calculation N-W <CO2> CO2 variation CO2 advection CO2 turb. flux 15 UTC 6 UTC

  8. Intercomparison of 5 meteorological models • Participation of 5 models: RAMS from Amsterdam Vrije Univ., RAMS from Alterra, RAMS from CEAM, WRF from MPI, Meso-NH from CNRM • Experimental Protocol agreed on: • Domain of simulation at 2km resolution • Initialization and lateral boundaries forcing for meteorological and surface variables with ECMWF model • Land cover by the Ecoclimap database including 61 surface classes, summer crops/winter crops • CO2 anthropogenic emissions at 10 km resolution from Stuttgart Univ. • 2 golden days of the CERES campaign: may-27 and june-06 2005

  9. Meteorological variables T2M • rms and bias lower on june-06 than on may-27 due to a stronger wind • T2M rms ~ 2°C is equivalent to rms from meso-scale NWR models • Reduction of the bias during the day on may-27 T2M bias may-27 T2M bias june-06 T2M (C)

  10. Boundary Layer and vertical profiles of [CO2] and TH from the Piper RS LACS june-06 14H theta q Aircraft VP LACS may-27 1330 TH [CO2]

  11. Inversion des sources et puits de CO2 sur la région des Landes Modèle atmosphérique méso échelle Meso-NH Champs dynamiques Transport particulaire LPDM Fonctions de réponse Flux de CO2 Assimilation • Schéma général des différentes étapes de l’inversion

  12. Potentiel d’une inversion à méso échelle: Réduction d’erreur (Lauvaux et al., 2007 acpd) Tours et 3 vols Tours de Biscarosse et Marmande Vol Bordeaux - Toulouse • Réduction d’erreur > 30% sur la zone d’intérêt • Impact des avions non négligeable • Inversion théorique indépendante des observations

  13. Conclusions et perspectives La campagne CarboEurope 2007 s’achève vendredi: 6 jours de POI !! Prévisions Arome du 23.04.07 00UTC à +36H

  14. Atmospheric CO2 modelling may–27 Boundary layer heterogeneity Simulated vertical cross section of the mixing ratio at 14UTC Zi = 1600m Zi = 900m OCEAN FOREST AREA AGRICUL. AREA obs model Forest obs model Crops

  15. Atmospheric CO2 modelling : may–27 Main processes

  16. Previs AROME

  17. Meteorological variables

  18. Wind at the synoptic stations on may-27 at 1200UTC obs ALTE MNH AMVU WRF AMVU ALTE WRF MNH • Good agreement between model and obs wind direction, except along the Atlantic coast (no sea breeze observed at the stations) • Overestimation of the wind speed by most of the models

  19. Simulations Méso-NH couplées “off-line” avec LPDM • Dispersion particulaire à rebours (LPDM) – 27 Mai 2005 27th may - 6pm 27th may - 2pm Simulation MésoNH initiale à 2km Sarrat et al., 2007, JGR 27th may – 2am

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