1. 3-D evaluation of tropospheric ozone simulations by an ensemble of regional Chemistry Transport Model
- Author
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Martin G. Schultz, Christos Zerefos, Jean-Pierre Cammas, Matthias Beekmann, I. Kioutsioutkis, Laurent Menut, M. Razinger, Dimitrios Melas, Hendrik Elbern, A.M. Suttie, Maxime Eremenko, Vincent-Henri Peuch, Denis Zyryanov, Gilles Bergametti, Alvaro Valdebenito, Gilles Foret, Jean-Marie Flaud, E. Friese, O. Stein, P. Moinat, Johannes Flemming, Alberto Maurizi, Massimo D'Isidoro, Frédérik Meleux, Anastasia Poupkou, Gaëlle Dufour, Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA (UMR_7583)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'aérologie (LA), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CNR Institute of Atmospheric Sciences and Climate (ISAC), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Köln University, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF), Aristotelian University of Thessaloniki, Aristotle University of Thessaloniki, Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS), Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-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), Institute for chemistry and dynamics of the Geoshere- 2: Troposphere, Forschungszentrum Jülich GmbH, Norwegian Meteorological Institute [Oslo] (MET), Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Koln University, École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X), Norwegian Meteorological Institute, Laboratoire d'aérologie (LAERO), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-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)-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), Istituto di Scienze dell'Atmosfera e del Clima (ISAC), National Research Council of Italy | Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Rhenish Institute for Environmental Research (RIU), University of Cologne, 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), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), 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), Forschungszentrum Jülich GmbH | Centre de recherche de Juliers, Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association-Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association, Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Consiglio Nazionale delle Ricerche [Roma] (CNR), Département des Géosciences - ENS Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-École polytechnique (X)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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)-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), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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 Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-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), and École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
- Subjects
Atmospheric Science ,Ozone ,010504 meteorology & atmospheric sciences ,Context (language use) ,010501 environmental sciences ,Atmospheric sciences ,01 natural sciences ,Troposphere ,lcsh:Chemistry ,chemistry.chemical_compound ,Altitude ,Nadir ,ddc:550 ,Tropospheric ozone ,0105 earth and related environmental sciences ,[PHYS.PHYS.PHYS-AO-PH]Physics [physics]/Physics [physics]/Atmospheric and Oceanic Physics [physics.ao-ph] ,[SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering ,lcsh:QC1-999 ,chemistry ,lcsh:QD1-999 ,13. Climate action ,Climatology ,Satellite ,Tropopause ,lcsh:Physics - Abstract
A detailed 3-D evaluation of an ensemble of five regional Chemistry Transport Models (RCTM) and one global CTM with focus on free tropospheric ozone over Europe is presented. It is performed over a summer period (June to August 2008) in the context of the GEMS-RAQ project. A data set of about 400 vertical ozone profiles from balloon soundings and commercial aircraft at 11 different locations is used for model evaluation, in addition to satellite measurements with the infrared nadir sounder (IASI) showing largest sensitivity to free tropospheric ozone. In the middle troposphere, the four regional models using the same top and boundary conditions from IFS-MOZART exhibit a systematic negative bias with respect to observed profiles of about −20%. Root Mean Square Error (RMSE) values are constantly growing with altitude, from 22% to 32% to 53%, respectively for 0–2 km, 2–8 km and 8–10 km height ranges. Lowest correlation is found in the middle troposphere, with minimum coefficients (R) between 0.2 to 0.45 near 8 km, as compared to 0.7 near the surface and similar values around 10 km. A sensitivity test made with the CHIMERE mode also shows that using hourly instead of monthly chemical boundary conditions generally improves the model skill (i.e. improve RMSE and correlation). Lower tropospheric 0–6 km partial ozone columns derived from IASI show a clear North-South gradient over Europe, which is qualitatively reproduced by the models. Also the temporal variability showing decreasing ozone concentrations in the lower troposphere (0–6 km columns) during summer is well reproduced by models even if systematic bias remains (the value of the bias being also controlled by the type of used boundary conditions). A multi-day case study of a trough with low tropopause was conducted and showed that both IASI and models were able to resolve strong horizontal gradients of middle and upper tropospheric ozone occurring in the vicinity of an upper tropospheric frontal zone.
- Published
- 2011
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