Information sur les fichiers de forçage Ozone - Version CMIP5

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 l'experience CREATE dans la configuration LMDZOR_v4 :

• En input de l'experience CREATE : tro3_${year}.new.nc
• En ouptut de l'experience CREATE : climoz_LMDZ_${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

19 Novembre 2014

Création des fichiers /IGCM/BC/ATM/LMDZOR/LMD144142/AR5/HISTORIQUE/climoz_LMDZ_2010_v2.nc (2011 et 2012) à base de liens vers ../RCP85/climoz_LMDZ_2010_v2.nc (2011 et 2012)

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:

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

TROPOSPHERE:

Sont utilisées les sorties des runs LOI_IPCC_$RUN (RUN = 3, RCP26, RCP45, RCP60 ou 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:

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

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: 1850-2000, ${RUN}: 2001-2100, où 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 pres.
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: O3_m($M)=[O3(${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 R=(tro3(Ins)-tro3_daylight(Ins))/tro3(Ins) par balayage en partant du sommet du modèle (niveau 50):

• près des pôles (~[-90°,-72°] et [+72°,+90°]): R mis à 0 dès qu'il s'annule ou que deux valeurs consécutives sont inférieures à 0.2
• entre les pôles (~[-72° 72°]): R mis à zéro dès qu'il se remet à augmenter.
  => 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 les fichiers 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: 1961-2006, ${RUN}: 2007-2098, où RUN=REF2 ou SCNB2c ; NB: REF1_REF2 et REF1_SCNB2c sont notés REF12 et REF1S):
(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 REF12 et REF1S.

Pour chaque scenario (RCP26, RCP45, RCP85 ; NB: RCP60 s'identifie à REF12):
(D) construction de fichiers synthétiques (même méthode pour tro3 que pour tro3_daylight).

tro3_$RUN=tro3_REF1S+(tro3_REF12-tro3_REF1S)*(CO2_$RUN-CO2_REF1S)/(CO2_REF12-CO2_REF1S)

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) et détection de la tropopause des champs stratosphériques (plus résolus les 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:

P_t^* = P_tS(P_t/P_tS)^{Log(P_tropS/P_tS)/Log(P_tropT/P_tS)} ("S": "Sol", "trop": "tropopause")

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

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

O3^*(P) = O3_s(P) + (O3_t(P)-O3_s(P))*( 1 + Sin[(1+Log(P/P₁)/Log(P₂/P₁)]π/2)

Remarque: La strato avant 1966 est bouclée sur 1966 (climatologie pré-industrielle) et après 2093, 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}

Principales différences entres les fichiers clim et v2.clim

CLIM

• production de fichiers hybrides pour chaque année, AVANT moyenne glissante sur onze ans.
• pour chaque année, le champ troposphérique est égal à celui de décembre quel que soit le mois.
• en-deçà de 1961, on boucle les fichiers stratosphériques sur les champs 1961-1971:

1971,1961,...,1971,...,1950,...,1960,1961,...,1971,1972,1973,1974,...,2006 (y: année réelle) 1850,1851,...,1861,...,1961,...,1971,1961,...,1971,1972,1973,1974,...,2006 (yS: année du champ strato utilisé)

En clair, pour y<1972: yS=y+11*E[1+(1961-y)/11], où E est la partie entière. De cette manière, la moyenne glissante sur +/- 5 ans donne toujours, en-deçà de 1965, la moyenne pré-industrielle 1961-1971.

V2.CLIM

• production de fichiers bruts (moyennes zonales) tropo et strato avec moyenne glissante sur onze ans, puis ENSUITE seulement, hybridation.
• le cycle saisonnier troposphérique est bien respecté.

DIFFÉRENCE MAJEURE: Absence de cycle saisonnier troposphérique dans la série clim.
DIFFERENCE SIGNIFICATIVE: On constate des variations importantes dans la zone de mélange. Le gradient d'ozone y est très élevé, et donc un très faible déplacement de la tropopause entraîne de grandes variations. De plus, la formule de pondération utilisée pour le mélange entre les deux champs est probablement perfectible.
DIFFERENCE MINEURE: Elles sont dues au fait que la troposphère moyenne est:

• dans le premier cas, la moyenne sur 11 ans des troposphères successives compressées/dilatées par rapport aux tropopauses des fichiers stratosphériques correspondants (1961-1971)
• dans le second cas, la compression/dilatation de champs déjà moyennés sur 11 ans, par rapport à la tropopause du champ stratosphérique moyen.

En notant:

• Ty et Sy les champs stratosphériques et troposphériques de l'année y.
  
• M[Gy] la moyenne de la grandeur G entre les années y-5 ans et y+5ans.
  
• tropop[Gy] la tropopause associée au champ G(y).
  
• C[G,T] la compression/dilatation du champ G par rapport à la tropopause T.
  

cette disparité correspond au fait que l'approximation suivante est modérément précise (il n'y a linéarité qu'au premier ordre):.

   M{C[T ,tropop(S )]} ~ C{M(T ),tropo[M(S )]}
        y         y           y           y

Information sur les fichiers de forçage Ozone - Version CMIP6

Données brutes 3D

Elles consistent en quatre archives et une climatologie pré-industrielle:

  vmro3_input4MIPs_ozone_CMIP_UReading-CCMI-1-0_gr_185001-189912.nc
  vmro3_input4MIPs_ozone_CMIP_UReading-CCMI-1-0_gr_190001-194912.nc
  vmro3_input4MIPs_ozone_CMIP_UReading-CCMI-1-0_gr_195001-199912.nc
  vmro3_input4MIPs_ozone_CMIP_UReading-CCMI-1-0_gr_200001-201412.nc
  vmro3_input4MIPs_ozone_CMIP_UReading-CCMI-1-0_gr_185001-185012-clim.nc

Elles proviennent de ​cette page.

1. Rechercher "ozone".
2. Télécharger et lancer le script de téléchargement (lien [WGET Script] de: input4MIPs.UReading.ozone.CMIP.UReading-CCMI-1-0.mon.vmro3.gr).

Pré-formattage: fichiers "tro3_${Y}.nc" et "tro3_${Yb}_${Ye}_clim.nc'

Ces données (hormis la climatologie) sont déconcaténées en fichiers annuels, par exemple avec le script suivant (avec do_amip='n' et do_ozone='y'):

  clims_CMIP6.bash

Seuls les fichiers à 12 enregistrements sont utilisés. Une climatologie 1979-2008 est construite, faute de disposer d'un fichier spécifique pour la période "moderne". Ces fichiers sont à la résolution 144x96x66.

Interpolation horizontale par ce0l

ce0l requiert les fichiers suivants: [climoz_m.nc] climoz.nc [climoz_p.nc] Pour interpoler correctement de début à mi-janvier et de mi à fin décembre, on utilise:

• décembre de "climoz_m.nc" s'il est présent, de "climoz.nc" sinon.
• janvier de "climoz_p.nc" s'il est présent, de "climoz.nc" sinon.

=> toutes les années de la série historique utilisent 3 fichiers, sauf 1850 et 2014 (2 seulement). => les climatologies n'utilisent qu'un fichier, ce qui correspond bien à un bouclage sur un an. On peut piloter cette création grâce au script suivant:

  job_ce0l_interannual.bash

On obtient ainsi la série de fichiers climoz_LMDZ_${Y}.nc (et deux climatologies climoz_LMDZ_${Yb}_${Ye}.nc) à la résolution horizontale souhaitée (notamment 144x142). Ils comportent tous 14 enregistrements.

NB: Pour créer des fichiers zonaux, il suffit de faire la moyenne zonale des fichiers bruts: ce0l se charge de la duplication en longitude.

Utilisation des fichiers climoz_LMDZ.nc

Le gcm interpole les fichiers verticalement et en temps chaque jour. Lorsque la clef (physiq.def) adjust_tropopause est activée, la tropopause chimique du fichier de forçage est ajustée par rapport à la tropopause dynamique de LMDZ pour chaque colonne. On adopte les définitions suivantes (coordonnées sigma):

• Tropopause chimique du fichier: σ_fT = σ / [O3(σ)]=100 ppbV
• Tropopause dynamique du modèle: σ_mT = MIN(σ₁,σ₂), avec:
  • σ₁ = σ / Theta=380K
  • σ₂ = σ / PV=2PVU

Faute d'avoir une résolution suffisante et compte tenu de la présence de double-tropopauses, on ne peut compter sur la précision de détection des descentes d'air stratosphérique (filaments) sans risquer d'injecter de l'ozone stratosphérique en basse UTLS ; les valeurs extrêmes de tropopause dynamique sont donc écrétées.

Les profils d'ozone initiaux sont réinterpolés sur les niveaux de pression de LMDZ après déformation par une fonction restreinte à un intervalle étroit autour de la tropopause-modèle. Il s'agit d'une loi de puissance appliquée aux niveaux sigma, pondérée par une fonction non nulle dans un intervalle restreint:

σ'_m = σ_m^αϕ(σ_m)

où:

• α = Log(σ_fT/σ_mT)/Log(σ_mT) est l'exposant de la loi de puissance uniforme décalant σ_mT en σ_fT
• ϕ est une fonction-chapeau composée de portions pseudo-linéaires de la fonction log^-1:

Ci-dessus, exemple avec σ_mT=0.4 et les frontières inférieures et supérieures de la zone déformées en σ_b=0.5 et σ_t=0.36.

Allure des profils déformés dans deux cas extrêmes:

Résultat sur un exemple:

NB:

• la tropopause dynamique de la figure 2 est écrétée.
• la tropopause chimique du champ d'ozone déformé de la figure 3 est estimée avec le même algorithme que celui utilisé pour la figure 1. La faible différence provient principalement de l'échantillonnage vertical, assez grossier, ainsi que de la précision limitée de l'interpolation verticale.

Cette méthode, par rapport à une interpolation verticale simple comme dans CMIP5 (adjust_tropopause=F), permet d'éviter d'injecter une forte concentration d'ozone stratosphérique en basse UTLS, une région d'une très grande sensibilité sur le bilan radiatif.