1. Atmospheric transport and chemistry of trace gases in LMDz5B: evaluation and implications for inverse modelling
- Author
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Anne Cozic, Philippe Bousquet, S. van der Laan, C. Schlosser, Alex Vermeulen, John Moncrieff, Fleur Couvreux, Robin Locatelli, Ute Karstens, Alastair G. Williams, Frédéric Hourdin, Peter Bergamaschi, Martina Schmidt, M. P. Lefebvre, Michel Ramonet, J. Y. Grandpeix, V. Kazan, Scott D. Chambers, H. A. Scheeren, Harro A. J. Meijer, Marielle Saunois, Catherine Rio, STMicroelectronics, ESIM - Déterminants Sociaux de la Santé et du Recours aux Soins ( DS3 ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) ( LMD ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -École polytechnique ( X ) -École des Ponts ParisTech ( ENPC ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ) -École normale supérieure - Paris ( ENS Paris ), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] ( LSCE ), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines ( UVSQ ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Groupe d'étude de l'atmosphère météorologique ( CNRM-GAME ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), ONERA - The French Aerospace Lab ( Chatillon ), ONERA, JRC Institute for Environment and Sustainability ( IES ), European Commission - Joint Research Centre [Ispra] ( JRC ), Max-Planck-Institut für Biogeochemie ( MPI-BGC ), Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut de génétique humaine ( IGH ), Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), School of Geosciences [Edinburgh], University of Edinburgh, Leibniz Institut für Meereswissenschaften, IFM-GEOMAR, Kiel, Germany ( IfM-GEOMAR ), Leibniz-Institut für Meereswissenschaften ( IFM-GEOMAR ), Service des Photons, Atomes et Molécules ( SPAM ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ), Cranfield University, Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Modélisation INVerse pour les mesures atmosphériques et SATellitaires (SATINV), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Calcul Scientifique (CALCULS), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ONERA - The French Aerospace Lab [Châtillon], ONERA-Université Paris Saclay (COmUE), JRC Institute for Environment and Sustainability (IES), European Commission - Joint Research Centre [Ispra] (JRC), Max-Planck-Institut für Biogeochemie (MPI-BGC), ICOS-RAMCES (ICOS-RAMCES), Institut de génétique humaine (IGH), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bundesamt für Strahlenschutz - Federal Office for Radiation Protection (BfS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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- Subjects
[ SDU.OCEAN ] Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere ,Meteorology ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,Planetary boundary layer ,Mesoscale meteorology ,SURFACE MEASUREMENTS ,Atmospheric sciences ,010502 geochemistry & geophysics ,Convective Boundary Layer ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,CUMULUS CONVECTION ,Troposphere ,CARBON-DIOXIDE ,Diurnal cycle ,LARGE-SCALE MODELS ,METHANE EMISSIONS ,[ SDU.ENVI ] Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,GENERAL-CIRCULATION MODEL ,CABAUW TALL TOWER ,[SDU.ENVI]Sciences of the Universe [physics]/Continental interfaces, environment ,Stratosphere ,Physics::Atmospheric and Oceanic Physics ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,0105 earth and related environmental sciences ,[SDU.OCEAN]Sciences of the Universe [physics]/Ocean, Atmosphere ,LARGE-EDDY SIMULATION ,Chemistry ,VERTICAL PROFILES ,lcsh:QE1-996.5 ,Trace gas ,lcsh:Geology ,CONVECTIVE BOUNDARY-LAYER ,13. Climate action ,Greenhouse gas - Abstract
Representation of atmospheric transport is a major source of error in the estimation of greenhouse gas sources and sinks by inverse modelling. Here we assess the impact on trace gas mole fractions of the new physical parameterizations recently implemented in the atmospheric global climate model LMDz to improve vertical diffusion, mesoscale mixing by thermal plumes in the planetary boundary layer (PBL), and deep convection in the troposphere. At the same time, the horizontal and vertical resolution of the model used in the inverse system has been increased. The aim of this paper is to evaluate the impact of these developments on the representation of trace gas transport and chemistry, and to anticipate the implications for inversions of greenhouse gas emissions using such an updated model. Comparison of a one-dimensional version of LMDz with large eddy simulations shows that the thermal scheme simulates shallow convective tracer transport in the PBL over land very efficiently, and much better than previous versions of the model. This result is confirmed in three-dimensional simulations, by a much improved reproduction of the radon-222 diurnal cycle. However, the enhanced dynamics of tracer concentrations induces a stronger sensitivity of the new LMDz configuration to external meteorological forcings. At larger scales, the inter-hemispheric exchange is slightly slower when using the new version of the model, bringing them closer to observations. The increase in the vertical resolution (from 19 to 39 layers) significantly improves the representation of stratosphere/troposphere exchange. Furthermore, changes in atmospheric thermodynamic variables, such as temperature, due to changes in the PBL mixing modify chemical reaction rates, which perturb chemical equilibriums of reactive trace gases. One implication of LMDz model developments for future inversions of greenhouse gas emissions is the ability of the updated system to assimilate a larger amount of highfrequency data sampled at high-variability stations. Others implications are discussed at the end of the paper., JRC.H.2-Air and Climate
- Published
- 2015
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