Μελέτη ενός επεισοδίου στρατοσφαιρικής εισβολής με την χρήση του συζευγμένου μοντέλου χημείας-κλίματος περιοχικής κλίμακας RegCM4.
Creators: name: Αραμπατζής, Απόστολος Παρασκευά
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Στρατοσφαιρική εισβολή
Αναδίπλωση τροπόπαυσης
Μοντέλο περιοχικής κλίμακας
Stratospheric intrusion (STE)
Tropopause folding
RegCM4

description: Με την παρούσα εργασία επιχειρήθηκε η συμβολή αφενός στη μελέτη και διευκρίνιση των χαρακτηριστικών που διέπουν τη διανταλλαγή μεταξύ στρατόσφαιρας και τροπόσφαιρας - STE (Stratosphere to Troposphere Exchange), μέσω του μηχανισμού της στρατοσφαιρικής εισβολής (stratospheric intrusion) προς την τροπόσφαιρα και αφετέρου η αξιολόγηση μέσω ανάλυσης ευαισθησίας και αξιοπιστίας, μίας νέας έκδοσης συζευγμένου μοντέλου περιφερειακής κλίμακας μετεωρολογίας – χημείας. Η διαρκής ανάπτυξη των κλιματικών μοντέλων σε συνδυασμό με την αύξηση του όγκου διαθέσιμων δεδομένων και την ανάγκη να βελτιωθεί και η ποιότητα προβλεψιμότητας, επιτάσσει τον έλεγχο των νέων υπολογιστικών εργαλείων στην ικανότητα τους να προσομοιώνουν επεισόδια που έχουν παρατηρηθεί και στη συνέχεια την απόκριση τους ως προς την εκάστοτε παραμετροποίηση για βελτίωση της ποιότητας ανάλυσης τους. Επιλέχθηκε η μελέτη επεισοδίου που έγινε αντιληπτό και από επίγειες μετρήσεις, λόγω των ασυνήθιστα υψηλών επιφανειακών συγκεντρώσεων του όζοντος στην περιοχή της Αθήνας τις πρώτες πρωινές ώρες της 9 Οκτωβρίου 2003 (00Ζ) και που αποτέλεσε αντικείμενο προηγούμενης διατριβής (Ακριτίδης Δ., 2008) με διαφορετικά εργαλεία ανάλυσης. Συγκεκριμένα στις προσομοιώσεις που εκτελέσαμε χρησιμοποιήσαμε την πιο πρόσφατη έκδοση του μετεωρολογικού μοντέλου περιφερειακής κλίμακας (Regional Climate Model – RCM) RegCM της τελευταίας έκδοσης τέσσερα (version 4) (ERA-Interim ICBC), αναφορικά με το μετεωρολογικό κομμάτι σε συνδυασμό με το μόντουλο χημείας (CBM-Z, MOZART–4 ICBC). Προχωρήσαμε σε επεξεργασία των αποτελεσμάτων που προέκυψαν έπειτα από τέσσερις πραγματοποιηθείσες προσομοιώσεις –runs- (οι κύριες μεταβλητές που μελετήσαμε ήταν το γεωδυναμικό ύψος, η ταχύτητα και διεύθυνση του οριζόντιου ανέμου, η αναλογία μίγματος του όζοντος και τέλος η ειδική υγρασία), με γνώμονα να πραγματοποιηθεί μελέτη της συνοπτικής και δυναμικής κατάστασης που επικρατούσε εκείνη την περίοδο στον ευρύτερο Ευρωπαϊκό χώρο. Διττός ο στόχος, αφενός να επαληθευτεί η εισβολή στρατοσφαιρικού αέρα και να ελεγχθεί το μοντέλο ως προς την ανταπόκριση του στις παραμέτρους (α) kz του αριθμού των στρωμάτων της ατμόσφαιρας από το μοντέλο μας και (β) ptop του ανώτερου επιπέδου σε αυτό. Συγκεκριμένα οι προσομοιώσεις μας αφορούσαν: (1) για kz = 18 και ptop = 50 mb (προσομοίωση ελέγχου – Control run), (2) για kz = 14 και ptop = 50 mb, (3) για kz = 23 και ptop = 50 mb (4) και για kz = 18 και ptop = 100 mb. Έτσι και εφόσον πιστοποιήθηκε η εμφάνιση του επεισοδίου και περιγράφηκε η εξελικτική του πορεία ικανοποιητικά μέσω της αρχικής παραμετροποίησης μας, που ορίστηκε ως προσομοίωση ελέγχου, εξετάστηκε ο ρόλος της μεταβολής των ως άνω παραμέτρων στην προσπάθεια εξαγωγής συμπερασμάτων για την ευαισθησία του μοντέλου μας ως προς αυτές.
description: In the present study we attempted to contribute both, to the study and clarification of the characteristics of mass exchange between stratosphere and troposphere - STE (Stratosphere toTroposphere Exchange), through the mechanism of stratospheric intrusion to the troposphere and in the evaluation of a new version of a coupled regional scale model meteorology – chemistry in its reliability and correspondence through sensitivity analysis. The continuous development of climate models in conjunction with the increased volume of available data, along with the need to improve the quality of predictability, requires control of their new computational tools and ability to simulate events that have occurred. And then check their response in terms of individual customization so as to improve their analytical quality. An investigation takes place in the parametric and sensitivity analysis of the new version 4 of RegCM regional climate model (ERA-Interim ICBC), referring to the weather track in conjunction with modulo chemistry Chem (CBM-Z, MOZART-4 ICBC). Regarding the bidirectional mechanism exchange of air masses described by stratospheric invasions in the troposphere (stratospheric intrusions), only a small number of deep penetration episodes has been identified and studied simultaneously by ground measurements and simulations. In combination with the continuous development of climate models determine, the need arises to deepen to such incidents through sensitivity analysis and reliability of new models to improve the quality and means of predictability. During an intense stratospheric intrusion event down to the earth’s surface in the area of Athens on 9 October 2003, an abrupt increase in ozone concentrations was observed. The study investigates the synoptic and dynamic features of the upper troposphere that were related to the event which was also the subject of previous thesis (Akritidis D., 2008) with different analysis tools. More specifically the study of the geopotential height and horizontal speed / wind direction fields at various isobaric levels indicates an intense trough extending over Greece, which is a typical synoptic situation related to tropopause folding events at the western flag of the jet-stream. The inspection of specific humidity vertical cross-sections, a commonly used tracer for stratospheric intrusions, along with plotting ozone mixing ratio, confirms the transport of dry, with stratospheric origin, air down to the ground surface. Furthermore analysis takes place regarding the model’s sensitivity to the level of the top boundary from 50mb to 100mb and the vertical resolution (number of layers) in between the values of kz 14, 18 and 23. Thus, after we verified the occurrence of the incident and described the evolutionary progress satisfactorily through our initial configuration, designated as control simulation, we examined the role of changes in the aforementioned parameters in the attempt to extract conclusions about the sensitivity of our model to them.