CHIMERE Training Course - LMD - Ecole Polytechnique

82 downloads 1944 Views 2MB Size Report
CHIMERE Training Course. General CHIMERE Structure. Dmitry Khvorostyanov, Laurent Menut, Myrto Valari. Laboratoire de Météorologie Dynamique IPSL.
CHIMERE Training Course General CHIMERE Structure Dmitry Khvorostyanov, Laurent Menut, Myrto Valari Laboratoire de Météorologie Dynamique IPSL Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau Cedex Contact: [email protected]

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

Chemistry­Transport Model (CTM)

Mass outflow Mass inflow

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

CHIMERE CORE

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

CHIMERE Core Routines

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

CHIMERE Pre­processing •

scripts/make­chemistry.sh – the chemical pre­processor chemprep/



chimere­domain.sh – to create domain­specific data in domains/ :



Domain coordinates:  

domains/HCOORD/ COORD_CONT5



domains/VCOORD/VCOORD_8_995_500



Land­use data : domains/CONT5/LANDUSE_GLCF_CONT5



Parameters for MEGAN biogenic emissions (LAI, emission factors for each  species): EFMAP_LAI_CONT5.nc



Dust emissions input parameters (soil properties, z0, erodibility)

→ make­chemistry results in chemprep/inputdata.xxx/ directory → chimere­domains results in domains/CONT5/ directory

Specified in chimere.par:     # CHIMERE Simulation Domain    [$nested]               Nested run? (yes/no)                : no, yes, no    [$dom]                  CHIMERE domain                      : CONT5, FRAGN15    [$nzdoms]               Number of parallel zonal subdomains : 4    [$nmdoms]               Number of parallel merid subdomains : 4    [$nlevels]                    Number of vertical layers           : 8,  15    [$top_chimere_pressure] Top layer pressure                  : 500    [$first_layer_pressure] First layer pressure                    : 997

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

Chemical Preprocessor:  chemprep/



Creates the directory chemprep/inputdata.211001021.10/ where '211001021.10'  correspond to parameters specified in the parameter file chimere.par 



Calculates aerosol size distribution (src/chemprep­distrib.f)



Defines families (src/chemprep­families.f)



The resulting inputdata.211001021.10/ contains data files for running CHIMERE:  parameters and constants for gas & aerosol chemistry, depositions, etc.

Parameters specified in chimere.par: # Chemistry Options [$mecachim] Chemistry mechanism (0..2) :2 [$aero] Chemically-active aerosols (1/0) :1 [$nbins] Number of aerosol size sections :9 [$seasalt] Include sea salts? (1/0) :0 [$dust] Include dust? (1/0) :1 [$carb] Allow carbon speciation? :1 [$soatyp] Secondary organic aerosol scheme (0..2) : 2 [$gtrc] Include gasesous tracers? :0 [$ptrc] Include particulate tracers? :0 [$nequil] ISORROPIA coupling (1) / tabulation (0) : 0 [$npeq] - equilibrium calc freq (phys steps, < 5) :1

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

data/ File Name

Parameters

Usage

AEROSOL

Aerosol size distribution, type, molar mass, origin (bio/anthropogenic)

Aerosol emissions and transport

Names of emitted anthropogenic species

Anthropogenic emissions & transport

Names of emitted biogenic species

Biogenic emissions & transport

DEPO_PARS

Dry deposition parameters depending on vegetation type

Dry deposition

DEPO_SPEC

Species­dependent parameters to calculate resistances for dry deposition 

Dry deposition  initio/inidepo.f90

WETD_SPEC

Species­dependent wet deposition parameters (wetdk)

Wet deposition  (inidepo.f90 → depwet.f90)

SEA

Coefficients for exchange between air & sea water (dKh0, dAh, dTh, ksea)

Exchanges between air and sea water (inidepo.f90 → locvalues → depvel)

SOIL

Coefficients for exchange between air & soil   (koc, kdoc, diffair, diffwat, rdiffwat, ksoil)

Exchanges between air & soil (inidepo.f90 → depvel.f90)

VEGETATION

Coefficients for exchange between air & vegetation  (dKoa0, dAoa, dToa, dmmm, kveget)

Exchanges between air & vegetation (inidepo.f90 → locvalues → air2veget.f90

FAMILIES

Families and their species

Output (outprint.f90)

LANDPAR

Seasonal cycle of momentum roughness height, depending on land­use type 

Surface layer parameters diagnostics: mean z0 , SHF,  urban T & U correction (diagmet_science.f90)

MAKEPRI

Used to generate PRIMARY file

See below (inputdata.xxx/ dir)

Description of gas chemical reactions used in CHIMERE 

Model gas­phase chemistry

Reaction rate constants

Reaction rate calculation for gases (rates.f90)

SEMIVOL

Parameters for semi­volatile species

Absorption of semi­volatile species

TRACER

Tracer sources characteristics

Tracer transport

Default hourly tracer emission profile (one tracer per line, one hour per column) 

Tracer transport

ANTHROPIC BIOGENIC

REACTIONS REACTION_RATES

TRACER_PROFILE

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

AEROSOL # Number of sections D(2.5) D(10.0)   8 6 8   0.3906250E­07  0.7812500E­07  0.1562500E­06  0.3125000E­06  0.6250000E­06   0.1250000E­05  0.2500000E­05  0.5000000E­05  0.1000000E­04  # Name of aerosol components, properties (no blank line a the end!)  # NAME          TYPE   Molar mass     Origin [0=bio,1=anth]  BCAR            1      100.               1  DUST            1      100.               0  OCAR            1      100.               1  PPM             1      100.               1  SALT            1      58.5               0  AnA1D           2      168.               1  AnBmP           2      152.               1  BiA1D           2      170.               0  BiBmP           2      236.               0  H2SO4           3      96.                1  HNO3            3      62.                1  NH3             3      18.                1  WATER           4      18.                1 

After the chemprep run: chemprep/inputdata.xxxx/ File Name

Parameters

Usage

List of all active species with corresponding horizontal transport scheme choices

Gas and aerosol transport

PRIMARY

Coefficients of decomposition of  emitted species mass into CHIMERE size distribution

Aerosol emissions transport

AEROMIN.bin

Look­up table to compute aerosol solid/liquid Aerosol solid/liquid phase partitioning phase partitioning versus T, hum (based on ISORROPIA thermodynamic equilibrium model)

ACTIVE_SPECIES

AEROORG.bin

Aerosol parameters for the SOA scheme

SOA scheme

GOCART_builder

Boundary conditions: aggregation parameters GOCART ↔ CHIMERE species

Boundary conditions from global models

LMDZAERO_builder

Boundary conditions: aggregation parameters LMDZ/INCA ↔ CHIMERE species

Boundary conditions from global models

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

Domains:  domains/

domains/domainlist.nml domain  NX NY DX DY XMIN  YMIN CONT1   65 33  0.5   0.5 ­10.0     40.5 CONT3   67 46  0.5   0.5 ­10.5    35.0 CONT4   70 44  0.5   0.5 ­10.5    36.0 CONT5   79 47  0.5   0.5 ­14.0    35.0 FRA10  101 111 0.15 0.1  ­5.0     41.0

makeCOORDdomains.sh

domains/HCOORD/ COORD_CONT5 domains/VCOORD/ VCOORD_8_995_500

in chimere.par nlayer_chimere top_chimere_pressure first_layer_pressure

define_geom.sh geom.awk

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari                

Meteorological pre­processor  ➢     Can be used with any meteorological model. WRF shown below as an example ➢     Interfaces provided with CHIMERE: WRF, MM5, ECMWF (the latter one not supported)

  # Meteorology Driver    [$meteo]    Meteo driver (WRF,MM5,ecm)                      : WRF, ecm    [$metdom]   Meteo driver domain                                    : d01, IDF15, IDF5   # CHIMERE Subgrid Processes    [$ideepconv]   Deep convection activation (1/0)             : 1    [$urbancorr]   Urban correction [1] or not [0]                  : 0    [$resusp]      Resuspension [1] or not [0]                         : 0    [$ilidar]      Lidar profiles [1] or not [0]                           : 0 ..........   [$meteo_DIR]        Meteo driver output dir                       : $bigfiles/METEO   [$meteo_file]       Meteo file                                              : # ${meteo_DIR}/wrfout_d01_$di

 CHIMERE Training Course, D. Khvorostyanov, L. Menut, M. Valari