Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS per QUITSAT

Presentazione sul tema: "Attività di Ricerca e Validazione CETEMPS per QUITSAT"— Transcript della presentazione:

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

2 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 Il modulo è offline (S/S monitoraggio)
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 ( 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 Il modulo è online (S/S monitoraggio e S/S previsione)
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 Media oraria su tutte le stazioni
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 Media oraria su tutte le stazioni
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 Il modulo è offline (S/S monitoraggio)
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 SOUTH Latitude 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 GEOS-Chem global CTM Hourly GEOS-Chem timeseries gas & aerosol (binary format)‏ 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 LEGEND Existing CODE 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 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 ug/m3 Rural Urban

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

21 Il modulo è offline (S/S previsione)
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 Sim. RMS Bias Corr. STD 35.4 9.7 0.77 CHE 43.6 15.9
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 Sim. RMS Bias Corr. STD 35.4 9.7 0.77 CHE 43.6 15.9 0.66 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 Run EUROPEO (50 km) Run QUITSAT (10 km) ug/m3 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

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 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