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Information sur les fichiers de forçage Ozone

Interpolation spatiale et temporelle des fichiers bruts AVEC "cycle saisonnier" ; dits v2

Les fichiers d'ozone hybrides bruts "avec cycle saisonnier" sont stockés sur les comptes communs là : .../IGCM/INIT/ATM/LMDZ/Ozone/HYBRIDE/v2.clim/tro3_????.new.nc

Ces fichiers sont ensuite interpolés spatialement (pour les différentes résolutions) et temporellement via la configuration CREATE :

  • En input de la config CREATE : tro3_${year}.new.nc
  • En ouptut de la config CREATE : climoz_LMDZ_${year}_v2.nc

Ces fichiers obtenus sont ensuite stockés sur les comptes communs :

  • pour la resolution 9695 : .../IGCM/BC/ATM/IPSLCM5A/LMD9695/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_????_v2.nc
  • pour la résolution 144142 : .../IGCM/BC/ATM/IPSLCM5A/LMD144142/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_????_v2.nc

Ces fichiers climoz_LMDZ_${year}_v2.nc sont les fichiers de forçage Ozone utilisés par défaut maintenant par le modèle.

Un nouveau jeu de fichier a été fourni par David Cugnet, ils diffèrent du jeu fourni le 24 septembre 2010 à partir de l'année 2003. Les fichiers différents ont remplacé les anciens dans:

  • /dmnfs/cont003/p86ipsl/IGCM/STORAGE/INIT/ATM/Ozone/HYBRIDE/v2.clim

Les fichiers fournis le 24 septembre 2010 sont dans:

  • /dmnfs/cont003/p86ipsl/IGCM/STORAGE/INIT/ATM/Ozone/HYBRIDE/v2.clim.bad

Les fichiers interpollés ont remplacé les précédents fichiers suffixés -v2

  • IGCM/BC/ATM/IPSLCM5A/LMD9695/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_????_v2.nc
  • IGCM/BC/ATM/IPSLCM5A/LMD144142/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_????_v2.nc

Interpolation spatiale et temporelle des fichiers bruts SANS "cycle saisonnier"

Les fichiers d'ozone hybrides bruts "sans cycle saisonnier" sont stockés sur les comptes communs là : .../IGCM/INIT/ATM/LMDZ/Ozone/HYBRIDE/clim/climO3_LMDZORINCAREPRO_????.nc

Ces fichiers sont ensuite interpolés spatialement (pour les différentes résolutions) et temporellement via la configuration CREATE :

  • En input de la config CREATE : climO3_LMDZORINCAREPRO_${year}.nc
  • En ouptut de la config CREATE : climoz_LMDZ_${year}.nc

Ces fichiers obtenus sont ensuite stockés sur les comptes communs :

  • pour la resolution 9695 : .../IGCM/BC/ATM/IPSLCM5A/LMD9695/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_????.nc
  • pour la résolution 144142 : .../IGCM/BC/ATM/IPSLCM5A/LMD144142/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_????.nc

Ces fichiers climoz_LMDZ_${year}.nc sont les fichiers de forçage Ozone utilisés pour faire les simulations ayant démarré avec un ozone sans "cycle saisonnier".

  • historical[234]
  • amip[12345]

Historique

22 octobre 2010

  • Génération des fichiers ozone "sans cycle saisonnier" pour la période 1996-2008. Les précédents fichiers pour cette période sont renommés *_v0bis.nc

30 septembre 2010

  • Passage par défaut à la version v2 des fichiers climoz. Voir : [1150] [1151]

GENERATION DES FICHIERS HYBRIDES

STRATOSPHERE:

Sont utilisées les sorties des runs REF-B1, REF-B2 et SCN-B2c du projet CCMVal, produites par LMDZ-REPROBUS, résolution 96x72x50.
Emplacement à l'IDRIS (avec RUN=REF1, REF2 ou SCNB2c):

/u/rech/hou/rhou079/LMDZ4/output/h2o-${RUN}-KE-8mpi-1omp/${Y}/

Fichiers utiles:

  • Pour l'ozone de jour et de jour+nuit: histday_tra_${Y}${M}.nc
  • Pour l'ozone de jour uniquement: histday_ins_${Y}${M}.nc

TROPOSPHERE:

Sont utilisées les sorties des runs LOI_IPCC_3, LOI_IPCC_RCP26, LOI_IPCC_RCP45, LOI_IPCC_RCP60 et LOI_IPCC_RCP85 produites par LMDZ-INCA, résolution 96x95x19.
Emplacement au CCRT (avec RUN=3, RCP26, RCP45, RCP60 ou RCP85sstA2):

/dmnfs11/cont003/p24lava/IGCM_OUT/LMDZORINCA/NMHC_AER/LOI_IPCC_${RUN}/CHM/Output/MO

Fichiers utiles:

  • Pour RUN=3 ou RCP85sstA2: clim_${Y}.nc
  • Pour RUN=RCP26, RCP45 ou RCP85: LOI_IPCC_${RUN}_${Y}${M}01_${Y}${M}30_1M_inca_avgr.nc

Principe résumé

  • détection des tropopauses chimique (premier point renconté en partant du sol dont la concentration en ozone vaut 0.15 ppmV) dans les champs stratosphériques et troposphériques.
  • interpolation horizontale des deux champs à la résolution maximale (ici: 96x95)
  • Le champ hybride est composé de trois domaines:
    1) au-dessus de la tropopause + 2 kms: champ troposphérique
    2) au-dessous de la tropopause - 1 km : champ stratosphérique
    3) au voisinage de la tropopause (-1 -> +2 kms): mélange des deux champs précédents
  • Climatologie par moyenne glissante sur 11 ans.

Principe détaillé

ETAPE 1: Obtention de moyennes zonales troposphériques lissées temporellement.

Pour chaque scenario (3, RCP26, RCP45, RCP60, RCP85):

1) extraction des variables O3 et pmid
2) interpolation sur les 19 niveaux standard (variable "presnivs") ; moyenne zonale.
3) pour RUN=RCP26, RCP45 ou RCP60: moyenne mensuelle, concaténation.

=> fichiers annuels à 12 champs zonaux mensuels d'ozone de jour+nuit (tro3).

Pour chaque paire 3_${RUN} (3 de 1850 à 2000, ${RUN} de 2001 à 2100, RUN=RCP26, RCP45, RCP60 ou RCP85):

4) moyenne temporelle glissante (+/- 5 ans)

PRODUITS: moyennes zonales lissées d'ozone troposphérique tro3_${Y}.nc de 1855 à 2095 pour 3_RCP26, 3_RCP45, 3_RCP60, 3_RCP85.

ETAPE 2: Obtention de moyennes zonales stratosphériques lissées temporellement.

Pour chaque scenario (REF1, REF2 et SCNB2c ; on donne en exemple le cas de REF1):

(A) OZONE DE JOUR+NUIT (fichiers histday_tra, moyennes journalières: 1440 champs instantanés moyennés par mois=> PRECIS !):

1) extraction des variables O3 et press.
2) interpolation sur les 50 niveaux standard (variable "presnivs") ; moyenne zonale.
3) moyenne mensuelle, concaténation.

=> 12 champs mensuels d'ozone de jour+nuit moyen tro3(y) pour y variant de 1960 à 2006

(B) OZONE DE JOUR (fichiers histins_tra, champs instantanés les 10, 20 et 30 de chaque mois: 3 champs instantanés par mois => IMPRECIS !):

1) Masquage des pixels de nuit.

On utilise l'espèce photosensible NO sur le 45ième niveau (1.527329 hPa): une concentration supérieure à 1.0E-15 vmr indique la nuit.

2) interpolation sur les 50 niveaux standard (variable "presnivs") ; moyenne zonale.
3) moyenne mensuelle: O3m($M)=[O3(${M-1}30) + 2.O3(${M}10) + 2.O3(${M}20) + O3(${M}30)]/6

=> ozone de jour tro3_daylight_Ins(y) pour y variant de 1961 à 2006

4) étapes 2 et 3 sans masquage

=> ozone de jour+nuit tro3_Ins(y) pour y variant de 1961 à 2006

5) création d'une climatologie de tro3_daylight(Ins) et tro3(Ins) sur toute la durée de la simulation => détermination du masque M

indiquant la zone photosensible en filtrant le rapport (tro3(Ins)-tro3_daylight(Ins))/tro3(Ins)

=> 12 champs mensuels d'ozone de jour tro3_daylight(y) pour y variant de 1960 à 2006

6) Reconstruction de tro3_daylight(y) (y est l'année), qui vaut:

  • tro3(y) hors du masque M
  • tro3(y)*tro3_daylight_Ins(y)/tro3_Ins(y) dans le masque M

=> fichiers annuels à 12 champs zonaux mensuels d'ozone de jour+nuit (tro3) et d'ozone de jour (tro3_daylight).
Remarques:

  • L'ozone de jour ainsi reconstruit est bien plus fiable que celui que l'on obtient directement avec le sfichiers histins_tra.
  • A propos de l'interpolation temporelle. Normalement, les valeurs d'ozone de jour situées dans la nuit polaire ne sont pas utilisées, justement car il n'y fait pas jour... Toutefois, certains cas-limite nécessitent de s'en préoccuper. Considérons un point P du globe près du terminateur ; nous voulons interpoler l'ozone de jour en P à la date ti. Soient t1 et t2 les dates adjacentes du fichier d'ozone (milieux de deux mois consécutifs). En t1, P est dans la nuit polaire, alors qu'en ti et t2, il est dans une zone insolée. Il faut une valeur d'ozone de jour en t1 afin de pouvoir interpoler la concentration en ti. La routine de lecture des fichiers d'ozone complète la nuit polaire du champ d'ozone de jour par duplication vers les pôles des valeurs adjacentes les plus proches (près du terminateur). En l'occurrence, cela conduirait à surévaluer la concentration interpolée. Il est préférable de choisir dans la nuit polaire l'ozone de jour+nuit. C'est ainsi qu'ont été complétés les champs d'ozone de jour dans la nuit polaire, en association avec la variable "night".

Pour chaque paire REF1_${RUN} (REF1 de 1961 à 2006, ${RUN} de 2007 à 2098, RUN=REF2 ou SCNB2c):
(C) moyenne temporelle glissante (+/- 5 ans)

=> fichiers annuels à 12 champs zonaux mensuels d'ozone de jour+nuit (tro3) et d'ozone de jour (tro3_daylight) pour REF1_REF2 et REF1_SCNB2c.

Pour chaque scenario (RCP26, RCP45, RCP85 ; note: RCP60 s'identifie à REF1_REF2):
(D) construction de fichiers synthétiques (même méthode pour tro3 que pour tro3_daylight).

tro3($RUN) = tro3(REF1_SCN-B2c) + [tro3(REF1_REF2)-tro3(REF1_SCNB2c)] * [CO2($RUN)-CO2(REF1_SCNB2c)] / [CO2(REF1_REF2)-CO2(REF1_SCNB2c)]

CO2 represente la concentration en CO2 dans le scenario considéré.

PRODUITS: moyennes zonales lissées d'ozone stratosphérique (jour+nuit et jour) tro3_${Y}.nc de 1966 a 2093.

ETAPE 3: Construction de fichiers hybrides troposphère-stratosphère.

(1) Interpolation horizontale (96x95), puis détection de la tropopause des champs stratosphériques (plus fiables que celle des champs tropo: 50 niveaux au lieu de 19) (2) Détection de la tropopause des champs troposphériques. (3) Étirement/contraction (par interpolation) du champ troposphérique de manière à "tirer" la tropopause troposphérique vers la tropopause stratosphérique et conserver le même champ de pression au sol. Cela revient à considérer que les points troposhpériques sont non pas en Pt, mais en Pt*, avec:

            (  Pt  )    LOG(Ptrops/PtS)
  Pt* = PtS ( ---- ) ^ -----------------        ("S": "Sol", "trop": "tropopause")
            (  PtS )    LOG(Ptropt/PtS)

(4) Construction des champs globaux (12 par an, fichiers annuels):

a) au-dessus de la tropopause + 2 kms (P<P1): champ stratosphérique
b) au-dessous de la tropopause - 1 km (P>P2): champ troposphérique
c) au voisinage de la tropopause (P2<P<P1): mélange des deux.

En clair:

                    O3t(P)-O3s(P)            PI      lnP -lnP1
   O3*(P) = O3s(P)+ ------------- [ 1 + SIN( -- (1 + --------- )) ]
                          2                   2      lnP2-lnP1

Remarque: == La strato avant 1966 est bouclée sur 1966 (climatologie pré-industrielle) ; après 2093, elle l'est sur celle de 2093 (faute de mieux).

(5) Passage à 14 champs: on duplique décembre de l'année précédente et janvier de l'année suivante.

En 1855, on ajoute decembre 1855 au lieu de decembre 1854 (indisponible).
En 2095, on ajoute janvier 2095 au lieu de janvier 2096 (indisponible).

PRODUITS FINAUX: moyennes zonales lissées composites de 1855 à 2095 pour tous les scenarii, avec 14 champs, stockés sur mercure ici:

/dmnfs13/cont003/dcugnet/FORCAGES-CMIP5/${RUN}

  • lissage de rO3nd en partant du sommet du modèle (niveau 50):
    • près des pôles (~[-90°,-72°] et [+72°,+90°]): rapport mis à 0 dès qu'il s'annule ou que deux valeurs consécutives sont inférieures à 0.2
    • entre les pôles (~[-72° 72°]): rapport mis à zéro dès qu'il se remet à augmenter.

Le coefficient correctif Corr utilisé pour construire l'ozone de jour à partir de l'ozone jour+nuit vaut 1. si rO3nd=0., O3d/O3 sinon.

  • génération de fichiers: tro3 vaut O3(calculé en 1) ; tro3_daylight vaut Corr*O3(calculé en 1)

ANCIENNE MÉTHODE:

  • 1850<=y<=1960: tropo(y), strato(1961-1971)
  • 1961<=y<=2000: tropo(y), strato(y)
  • 2001<=y<=2006: tropo(1990-2000), strato(y)

NOUVELLE MÉTHODE:

  • 1850<=y<=1960: tropo(y), strato(y-11*E[(y-1961-11+1)/11])
  • 1961<=y<=2000: tropo(y), strato(y)
  • 2001<=y<=2006: tropo(y-11*E[(y-2000+11-1)/11]), strato(y)

Les 11 ans correspondent à la largeur de moyennage temporel (étape suivante). Les fichiers annuels de la nouvelle méthode n'ont aucun sens physique: seules leurs climatologies sont utilisables.

5) Moyenne glissante sur 11 ans.

COMMENTAIRE SUR LES DEUX MÉTHODES: La première méthode produit des fichiers annuels utilisables, mais la climatologie tropo passe continûement de la moyenne 1961-1971 (notée SC66) à celle même moyenne, par l'intermédiaire de champs différents, de 1955 à 1966 (dans la suite, une grandeur dSYY désigne une anomalie par rapport à la moyenne SC66, ie: dSYY=SYY-SC66 ; on remarque que la somme des dSYY pour YY variant de 61 à 71 est nulle):

Sclim55                                                         =SC66
Sclim56=(10*SC66+S61                                        )/11=SC66   +dS61/11
Sclim57=(9 *SC66+S61+S62                                    )/11=Sclim56+dS62/11
Sclim58=(8 *SC66+S61+S62+S63                                )/11=Sclim57+dS63/11
...
Sclim60=(6 *SC66+S61+S62+S63+S64+S65                        )/11=Sclim59+dS65/11=Sclim61-dS66/11
Sclim61=(5 *SC66+S61+S62+S63+S64+S65+S66                    )/11=Sclim60+dS66/11=Sclim62-dS67/11
...
Sclim63=(3 *SC66+S61+S62+S63+S64+S65+S66+S67+S68            )/11=Sclim64-dS69/11
Sclim64=(2 *SC66+S61+S62+S63+S64+S65+S66+S67+S68+S69        )/11=Sclim65-dS70/11
Sclim65=(   SC66+S61+S62+S63+S64+S65+S66+S67+S68+S69+S70    )/11=SC66   -dS71/11
Sclim66=(        S61+S62+S63+S64+S65+S66+S67+S68+S69+S70+S71)/11=SC66

Cela n'est pas très satisfaisant...

En revanche, avec la seconde méthode, la climatologie strato reste toujours identique à SC66: grâce au petit stratagème "cyclique", les strato de 1961 à 1971 se trouvent toujours comptabilisées dans la moyenne.

Notes: Contrairement à ce que l'on pourrait penser, les fichiers avant 1956, par exemple, produits par les méthodes 1 et 2 ne sont pas identiques. La stratosphère est égale à SC66 (tout au moins jusqu'à l'enveloppe supérieure des tropopauses des fichiers impliqués), par construction, mais la troposphère diffère. En effet, dans le premier cas, la tropopause est toujours celle du champ SC66, et celle de la moyenne temporelle également. Dans le second cas, les tropopauses successives sont celles des champs S61 à S71, dans un ordre particulier. Les troposphères sont donc, avant moyennage, dilatées différemment, et la moyenne globale n'est pas la même qu'avec la méthode 1.
Le fait d'imposer, d'une manière ou une autre, une stratosphère "pré-industrielle" n'a en fait pas grande réalité physique, mais n'est pas moins artificiel que de combiner des champs d'ozone issus de deux réalisations et modèles différents (et donc deux histoires météorologiques différentes). Partant du principe qu'il n'y a pas d'autre alternative (faute d'un modèle chimique stratosphère-troposphère unifié), on peut considérer comme raisonnables les hypothèses qui sous-tendent ce qui est décrit sur la présente page.

DC

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