Information sur les fichiers de forçage Ozone

Ce sont des fichiers annuels de 12 champs (un par mois). Ils contiennent quatre champs:

• tro3 (ozone de jour + nuit)
• tro3_daylight (ozone de jour)
• Ptrop (pression à la tropopause, utilisée pour l'hybridation)
• night (0: nuit ; 1: jour ; s'applique à l'ozone de jour)

STRATOSPHERE: Sont utilisées les sorties du run REF-B1 du projet CCMVal, produites par LMDZ-REPROBUS, résolution 96x72x50.
Emplacement à l'IDRIS: /u/rech/hou/rhou355/LMDZ4/output/h2o-REF1-KE-8mpi-1omp/

TROPOSPHERE: Sont utilisées les sorties du run RCP prooduites par LMDZ-INCA, résolution 96x95x19.
Emplacement au CCRT: /dmnfs11/cont003/p24lava/IGCM_OUT/LMDZORINCA/NMHC_AER/LOI_IPCC_3/CHM/Output/MO

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:

1) Moyennes zonales d'ozone stratosphérique de jour+nuit à partir de sorties journalières moyennées (fréquence: 1 jour) -> précis

• interpolation des champs 3D sur les niveaux standard (presnivs)
• moyenne zonale

2) Moyennes zonales d'ozone stratosphérique de jour+nuit et jour à partir de sorties instantanées (fréquence: 10 jours) -> très imprécis

• utilisation d'un masque jour/nuit (ici la concentration en NO sur le 45ième niveau standard du modèle: 1.527329 hPa, indique le jour lorsqu'elle est inférieure à 1.0E-15 vmr).
• même méthode qu'en étape 1 pour obtenir les deux champs

Interlude: nécessité d'un lissage.

Les raisons:

• L'échantillonnage temporel des champs instantanés est très faible: pour une climatologie mensuelle, trois champs sont utilisés (en réalité, 4, dont deux avec une semi-pondération), alors qu'une moyenne basée sur des fichiers mensuels en fait intervenir 1440 (un par pas de temps).
• L'échantillonnage spatial des champs instantanés est plus faible: seule la moitié des champs est utilisés (le jour ou la nuit)
• L'échantillonnage spatial des champs instantanés est inhomogène: les champs sont tous pris à 0h UTC. Si une structure zonalement dissymétrique présente une stabilité géographique (particulièrement un vortex polaire non zonal), elle biaise la climatologie de jour.

Les remèdes:

• Aucun cycle diurne n'est attendu, hormis près de la stratopause.

=> Il est légitime de moduler la climatologie d'ozone obtenue en 1) avec un coefficient correctif basé sur les champs produits en 2), restreint près de la stratopause.

• Ce cycle diurne n'a pas de raison physique valable de varier significativement dans la période disponible (1960-2006).

=> Il est légitime d'utiliser une climatologie sur toute la période disponible des champs produits en 2) pour construire le coefficient correctif.

3) Ajustement des champs précédents.

• obtention d'une climatologie sur toute la période disponible (1961-2006)
• construction du rapport rO3nd=(O3-O3d)/O3 (d signifie 'day' ; l'absence d'indice sous-entend 'day+night')
• 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)

Interlude: l'interpolation temporelle.

Normalement, les valeurs de O3d situées dans la nuit polaire ne sont pas utilisées, justement car il n'y fait pas jour... Toutefois, certains cas limite obligent à 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. En t1 et ti, P est dans la nuit polaire ; en t2, il est dans le jour. Il faut une valeur d'ozone de jour en P afin de pouvoir interpoler la concentration en ti. Il est alors préférable de prendre pour cela l'ozone de jour+nuit, puisqu'adopter l'ozone de jour conduirait à surévaluer la concentration interpolée. C'est pour cela que les fichiers d'ozone de jour ont été complétés par l'ozone de jour+nuit dans la nuit polaire.

3) Hybridation des fichiers:

• Interpolation horizontale (96x95), puis détection de la tropopause des champs stratosphériques (cette tropopause est prise comme référence dans la suite, car la résolution verticale de ces champs est supérieure).
• Interpolation verticale (50 niv), puis détection de la tropopause des champs troposphériques.
• Étirement du champ troposhérique 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)

• Construction des champs globaux (12 par an, fichiers annuels): a) 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. On note lnP1 (resp. lnP2) le log de la pression côté strato: tropopause + 2 kms (resp. tropo: tropopause - 1 km). En clair:

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

DIFFICULTÉ: les périodes des deux runs diffèrent. tropo: 1850-2000 ; strato: 1961-2006.

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.

4) 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:

• Sclim1956=(10*SC66+S61)/11 =(21*S61+10*S62+10*S63+10*S64+10*S65+10*S66+10*S67+10*S68+10*S69+10*S70+10*S71)/121
• Sclim1957=(9*SC66+S61+S62)/11 =(20*S61+20*S62+ 9*S63+ 9*S64+ 9*S65+ 9*S66+ 9*S67+ 9*S68+ 9*S69+ 9*S70+ 9*S71)/121
• Sclim1958=(8*SC66+S61+S62+S63)/11=(19*S61+19*S62+19*S63+ 8*S64+ 8*S65+ 8*S66+ 8*S67+ 8*S68+ 8*S69+ 8*S70+ 8*S71)/121 ...
• Sclim1964=(2*SC66+S61+S62+S63+S64+S65+S66+S67+S68+S69)/11 =(13*S61+13*S62+13*S63+13*S64+13*S65+13*S66+13*S67+13*S68+13*S69+ 2*S70+ 2*S71)/121
• Sclim1965=(SC66 +S61+S62+S63+S64+S65+S66+S67+S68+S69+S70)/11=(12*S61+12*S62+12*S63+12*S64+12*S65+12*S66+12*S67+12*S68+12*S69+12*S70+ S71)/121

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.

!!! A COMPLETER !!!