Estudi sobre el paper de les parametritzacions d'ona curta en simulacions reals WRF-ARW. Dos casos d'estudi: cel serè i ennuvolat

DOI: 10.3369/tethys.2015.12.02

Tethys núm. 12 pp.: 13 - 31

Abstract

Una gran varietat de maneres de calcular el transport radiatiu dóna lloc a parametritzacions diverses. Les diferències entre elles impliquen resultats diferents pels fluxos radiatius, fins i tot en les mateixes condicions atmosfèriques. Com que el transport de la radiació solar i de la radiació terrestre representa el procés físic primordial que dóna forma a la circulació atmosfèrica, les diferències esmentades han de tenir un impacte en la qualitat dels models de predicció numèrica del temps. En aquest treball es presenta una anàlisi del paper de les parametritzacions de transport radiatiu d'ona curta en el model Weather Research and Forecasting (WRF-ARW). L'estudi compara l'efecte de quatre esquemes (Dudhia, New Goddard, CAM i RRTMG) en dos casos per a un domini de integració centrat a Catalunya: i) sense núvols i ii) cel cobert. S'analitzen els processos de realimentació directes i indirectes entre els aspectes dinàmics i les parametritzacions físiques deguts als canvis en el càlcul de l'equació de transport radiatiu. Els efectes acumulats d'aquestes variacions s'estudien mitjançant tres finestres temporals: el dia d'inici de la simulació (0-23 h), l'endemà (24-47 h) i l'endemà passat (48- 71 h). Aquestes anàlisis es focalitzen en alguns camps específics del model numèric; des dels camps més directament relacionats amb els esquemes de radiació d'ona curta, com la irradiància horitzontal global o els perfils de la velocitat d'escalfament, a camps aparentment afectats de forma secundària, com la velocitat del vent o la composició del núvols, entre d'altres. Les diferències observades entre les integracions numèriques emprant les diferents parametritzacions augmenten amb l'horitzó de la simulació, essent més importants en l'escenari cobert que en el de cel sense núvols.

References

  • - Chandrasekhar, S., 1960: Radiative transfer, Dover Publications.
  • - Chou, M. D. i Suarez, M. J., 1994: An efficient thermal infrared radiation parameterization for use in general circulation models, NASA Tech. Memo, 104606, 85.
  • - Chou, M. D. i Suarez, M. J., 1999: A solar radiation parameterization for atmospheric studies, NASA Tech. Memo, 104606, 40.
  • - Chou, M. D., Arking, A., Otterman, J., i Ridgway, W. L.,1995: The effect of clouds on atmospheric absorption of solarradiation, Geophys. Res. Lett., 22, 1885–1888, doi:dx.doi.org/10.1029/95gl01350.
  • - Chou, M. D., Suarez, M. J., Liang, X. Z., i Yan, M. M. H., 2001:A thermal infrared radiation parameterization for atmospheric studies, NASA Tech. Memo, 104606, 56, doi:dopu.cs.auc.dk, available online at ftp://climate.gsfc.nasa.gov/chou/clirad lw/.
  • - Collins,W. D., Rasch, P. J., Boville, B. A., Hack, J. J., McCaa, J. R., Williamson, D. L., Kiehl, J. T., Briegleb, B., Bitz, C., Lin, S., i et al., 2004: Description of the NCAR community atmosphere model (CAM 3.0), NCAR Tech., nCAR/TN-464+ STR.
  • - Dee, D., Uppala, S., Simmons, A., Berrisford, P., Poli, P., Kobayashi, S., Andrae, U., Balmaseda, M., Balsamo, G., Bauer, P., i et al., 2011: The ERA-Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system, Q. J. Roy. Meteor. Soc., 137, 553–597, doi:dx.doi.org/10.1002/qj.828.
  • - Fels, S. B. i Schwarzkopf, M., 1981: An efficient, accurate algorithm for calculating CO2 15 #m band cooling rates, Journal of Geophysical Research: Oceans (1978-2012), 86, 1205–1232, doi:dx.doi.org/10.1029/jc086ic02p01205.
  • - Grell, G. A., Peckham, S. E., Schmitz, R., McKeen, S. A., Frost, G., Skamarock, W. C., i Eder, B., 2005: Fully coupled online chemistry within the WRF mode, Atmospheric Environment, 39, 6957–6975, doi:dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2005.04.027.
  • - Gu, Y., Liou, K., Ou, S., i Fovell, R., 2011: Cirrus cloud simulations using WRF with improved radiation parameterization and increased vertical resolution, J. Geophys. Res-Atmos. (1984-2012), 116, doi:dx.doi.org/10.1029/2010jd014574.
  • - Holton, J., 2004: An Introduction to Dynamic Meteorology, no. v. 1 in An Introduction to Dynamic Meteorology, Elsevier Academic Press.
  • - Iacono, M. J., Delamere, J. S., Mlawer, E. J., Shephard, M. W., Clough, S. A., i Collins, W. D., 2008: Radiative forcing by long-lived greenhouse gases: Calculations with the AER radiative transfer models, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 113. doi: dx.doi.org/10.1029/2008jd009944.
  • - Liou, K. N., 1980: An introduction to atmospheric radiation, vol. 84, International Geophysics Series.
  • - Lu, F., Song, J., Cao, X., i X.Zhu, 2012: CPU/GPU computing for long-wave radiation physics on large GPU clusters, Computers & Geosciences, 41, doi:dx.doi.org/10.1016/j.cageo.2011.08.007.
  • - Mercader, J., Codina, B., Sairouni, A., i Cunillera, J., 2010: Resultados del modelo meteorológico WRF-ARW sobre Cataluña, utilizando diferentes parametrizaciones de la convección i la microfísica de nubes, Tethys, 7, 77–89, doi:dx.doi.org/10.3369/tethys.2010.7.07.
  • - Mielikainen, J., Huang, B., Huang, H., i Goldberg, M. D., 2012: GPU acceleration of the updated Goddard shortwave radiation scheme in the weather research i forecasting (WRF) model, Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, IEEE Journal of, 5, 555–562, doi:dx.doi.org/10.1109/jstars.2012.2186119.
  • - Montornès, A., Codina, B., i Zack, J. W., 2015: Analysis of the ozone profile specifications in the WRF-ARW model and their impact on the simulation of direct solar radiation, Atmos. Chem. Phys., 15, 2693–2707, doi:dx.doi.org/10.5194/acp-15-2693-2015, http://www.atmos--chem--phys.net/15/2693/2015/.
  • - Pincus, R., Barker, H. W., i Morcrette, J. J., 2003: A fast, flexible, approximate technique for computing radiative transfer in inhomogeneous cloud fields, J. Geophys. Res., 108, doi:dx.doi.org/10.1029/2002jd003322.
  • - Ruestsch, G., Phillips, E., i Fatica, M., 2010: GPU acceleration of the long-wave rapid radiative transfer model in WRF using CUDA Fortran, Many-Core and Reconfigurable Supercomputing Conference, p. doi:dx.doi.org/10.1117/12.203145.
  • - Ruiz-Arias, J. A., Dudhia, J., Santos-Alamillos, F. J., i Pozo-V#azquez, D., 2013: Surface clear-sky shortwave radiative closure intercomparisons in the Weather Research and Forecasting model, J. Geophys. Res.: Atmospheres, 118, 9901–9913, doi:dx.doi.org/10.1002/jgrd.50778.
  • - Ruiz-Arias, J. A., Dudhia, J., i Gueymard, C. A., 2014: A simple parameterization of the short-wave aerosol optical properties for surface direct and diffuse irradiances assessment in a numerical weather model, Geoscientific Model Development, 7, 1159–1174, doi:dx.doi.org/10.5194/gmdd-7-593-2014, http://www.geosci--model--dev.net/7/1159/2014/.
  • - Skamarock, W. C., Klemp, J. B., Dudhia, J., Gill, D. O., Barker, D. M., Duda, M. G., Huang, X. Y., Wang, W., i Powers, J. G., 2008: A description of the Advanced Research WRF version 3, NCAR Tech, p. 113, note NCAR/TN-4751STR.
  • - Wild, M., Gilgen, H., Roesch, A., Ohmura, A., Long, C. N., i Dutton, E. G., 2005: From dimming to brightening: Decadal changes in solar radiation at Earth’s surface, Science, 308, 847–850, doi:dx.doi.org/10.1126/science.1103215.
  • - Zdunkowski, W. G., Welch, R. M., i Korb, G., 1980: An investigation of the structure of typical two-stream-methods for the calculation of solar fluxes and heating rates in clouds, Beitr. Phys. Atmosph., 53, 147–166.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License


Indexed in Scopus, Thomson-Reuters Emerging Sources Citation Index (ESCI), Scientific Commons, Latindex, Google Scholar, DOAJ, ICYT (CSIC)

Partially funded through grants CGL2007-29820-E/CLI, CGL2008-02804-E/, CGL2009-07417-E and CGL2011-14046-E of the Spanish Ministry of Science and Innovation