Où en est-on avec REPROBUS ?Où en est-on avec REPROBUS ?

Franck Lefèvre1, Gwenaël Berthet2, Philippe Ricaud3, Slimane Bekki1, Jean-Luc Attié3, Brice Barret3, The ODIN team

(1)Service d’Aéronomie CNRS, Paris

(2)Laboratoire de Physique et Chimie de l’EnvironnementCNRS, Orléans

(3)Laboratoire d’AérologieObservatoire Midi-PyrenéesCNRS, Toulouse

- 55 espèces, 150 réactions chimiques en phase gazeuse et hétérogène

- 40 espèces ou familles d’espèces transportées par un code semi-lagrangien

- Résolution 2° x 2° en latitude et longitude

42 niveaux verticaux du sol à 0,1 hPa

- Utilisation des champs assimilés ECMWF: analyses opérationnelles toutes les 6 heures (Température, pression sol, vents 3D)

- Constantes de réaction JPL 2003

- Module de chimie hétérogène: réactions sur aérosols de fond. Différents scenarii de nuages stratosphériques polaires, sédimentation, évaporation

- Initialisation: champs climatologiques (Arpège-climat) des espèces stratosphériques, Ozone POAM ou ozone assimilé du Centre Européen

REPROBUS: version standard

500 K (~21 km)500 K (~21 km)

From

Ricaud et al.

[2005]

Etude de ClO dans le vortex polaire de nuit: ODIN – REPROBUS

Formation du dimère : ClO + ClO + M Cl2O2 + M

Décomposition thermique: Cl2O2 + M ClO + ClO + M

Berthet et al. [2005], GRL

Imprécision des constantes de vitesse de réaction aux températures stratosphériques

19 km

Température (K)

ClO

(p

pb

v)

ODIN

Symboles : modèle

REPROBUS

MODIFICATIONS 2005

REPROBUSAMELIORATIONS 2005

1.Transport2. Description des composés chimiques:• Gaz sources à longue durée de vie• Initialisation• Description du brome• Description des aérosols liquides• Description des PSC• Sections efficaces UV → A APPLIQUER

DANS MOCAGE

Vents ECMWFVents ECMWF

Utilisés dans Utilisés dans REPROBUSREPROBUS

6 Hourly 6 Hourly ope.analysisope.analysis

3 Hourly 3 Hourly forecastsforecastsN2O

Travail de Legras et al., ACP, 2005:

Champs de N2O mesurés par l’ER-2 mieux reproduits par un modèle de trajectoire forcé toutes les 3 heures avec les forecasts plutôt que toutes les 6 heures avec les analyses opérationnelles …

Application à REPROBUS:

Modèle initialisé le 01/04/2002

1. TRANSPORT

N2O NO2

NO2

Données ECMWF utilisées pour forcer le transport Données ECMWF utilisées pour forcer le transport dans REPROBUS:dans REPROBUS: . Toutes les 6 heures: oper. analysis. Toutes les 6 heures: oper. analysis . Toutes les 3 heures: forecasts. Toutes les 3 heures: forecasts . Toutes les 3 heures: analysis+forecasts. Toutes les 3 heures: analysis+forecasts

Mesures ballons (SPIRALE) vs REPROBUS CTMMesures ballons (SPIRALE) vs REPROBUS CTM 02/10/2002 à moyenne latitude02/10/2002 à moyenne latitude

NO2: +30% à 25 km +15% à 33 km

TRANSPORT

Berthet et al., ACPD, 2005

Colonne d’ozone simulée par REPROBUS

2.1. Gaz sources à longue durée de vie:N2O CH4 CFC-11 CFC-12 CFC-113 CCl4 CH3CCl3 CH3Cl HCFC-22 CH3Br H-1211 H-1301

• Version standard:

– Rapport de mélange troposphérique fixé «à la main» depuis le sol jusqu’au niveau ~460 hPa au départ de chaque run.

– Ne varie pas au cours de la simulation

• Nouvelle version:

– Rapport de mélange troposphérique déterminé automatiquement en fonction de la date du run et du scénario WMO 2003 (1950-2010)

– Varie au cours de la simulation

CH3CCl3* = CH3CCl3 + HCFC-141b

HCFC-22* = HCFC-22 + HCFC-142b

H-1211* = H-1211 + H-2402

Espèces non-négligeables à présent:

HCFC-141b

HCFC-142b

H-2402

Gaz sources à longue durée de vie: CO

• Version standard:– CO forcé à 460 hPa par une valeur globale constante fixée à 80 ppbv.

• Nouvelle version:– CO tropo forcé par les observations de MOPITT, corrigées par les mesures MOZAIC (J.-L.

Attié, LA)

– Moyennes mensuelles des observations à 500 hPa sur une grille 30°x30°.

– Évolution du forçage en fonction du mois du run

Juillet 2004

2.2. Initialisation du modèle

• Version standard– À partir d’un run Arpège-Reprobus de 5 ans

pour les conditions de 1995– Moyennes zonales mensuelles

• Nouvelle version– À partir d’un run du modèle 2D de Slimane

Bekki couvrant la période 1958-2003. – Moyennes zonales mensuelles

2.3. Description du Brome

• Version standard

– Bry n’est pas explicitement calculé– Bry est déduit de la corrélation avec CFC-11:

Bry (pptv) = 20 – 4.36x10-2 [CFC-11] – 1.1x10-4 [CFC-11]2

– problème:• La relation entre Bry et CFC-11 ne varie pas dans le temps

(irréaliste)– solution:

• Introduire Bry explicitement comme nouvelle « espèce »• Inventaire des sources organiques de brome

CH3Br + HalonsCH3Br + Halons + 4 pptvCH3Br + Halons + 8 pptv

Description du Brome

• Nouvelle version:– Bry introduit comme nouvelle espèce– Sources de Bry: CH3Br + Halons + 6 pptv sous la forme de CH2Br2*

(dibromométhane, nouvelle espèce)– CH2Br2* = CH2Br2 + CHBr3 + CH2BrCl + C2H4Br2 + …

Durée de vie

Rapport

de mélange 2005 (pptv)

CH3Br 8.5 mois 8.8

H-1301 16 ans 3.2

H-1211* 3 ans 4.9

CH2Br2* 4 mois 3

Total 22.9

2.4. Description des aérosols et PSCs

• Version standard– Champ de H2SO4 inversé à partir des données de surface de SAGE-II

– Ne varie pas au cours du temps

• Nouvelle version– Champ de H2SO4 forcé par les sorties du modèle 2D avec chimie du soufre et

éruptions volcaniques de Slimane Bekki (simulation 1958-2003)– Meilleure représentation des PSCs (Davies et al., 2003)

standard nouveau

2.5. Sections efficaces UV: Cl2O2

• Version standard– JPL 2003: moyenne Cox

and Hayman, DeMore and Tschuikow-Roux, Permien et al., Burkholder et al.)

• Nouvelle version– Sections efficaces de

Burkholder et al. (1990)– Extrapolation jusqu’à 450

nm (Stimpfle et al., 2004)

→ Plus de ClO produit de jour

et plus de destruction d’ozone ?

Quelques premiers résultats

Dumont d’Urville

2002 2003

2004

2004

standard nouveau