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Clase 7: La atmósfera cambiante: una perspectiva sistémica

Modelos y observaciones (1)

GF 777Otoño 2002

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Contenidos de hoy• Integrando observaciones y modelación

• Observaciones y mediciones– Laboratorios– In situ– Percepción remota (LIDAR, Satélites)

• Modelación– Módulos químicos– Módulos meteorológicos– Métodos numéricos y resolución de EDP– Datos de entrada– Implementaciones computacionales– Evaluación y validación

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Modelación

Mediciones

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Mediciones •In situ•Percepción remota•Laboratorios

•Campañas...Procesos•Monitoreo...Tendencias

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•“Smog chambers”•Métodos espectroscópicos•Cromatografía•etc.

API Atmospheric Pressure IonizationCIMS Chemical Ionization Mass Spectrometry

PTRMS Proton Transfer Reaction Mass Spectrometer

•In situ•Percepción remota

•Laboratorios

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•In situ•Percepción remota•Laboratorios

•Métodos espectroscópicos•Toma de muestras y operación (“Sampling”)•Simples, pequeños, baratos, etc.•Exactitud...•Precisión...•Reproductibilidad...•Representatividad•etc.

LGK GF777TOLOLO (30ºS,70ºW, 2200 m)

Isla de Pascua (27ºS, 110 W, 40 m)

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Absorción por O3 en 254 nm

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Titulación de O3 con solución de KI y corriente proporcional al contenido

de O3 (ECC)

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•In situ

•Percepción remota•Laboratorios

•Sensores pasivos (espectrómetros)•Sensores activos (LASER/LIDAR)

+ Globales- Resolución

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Light detection and ranging measuring systems (LIDAR) …Análogo óptico a un radar sólo que la

señal es luz “alineada” (LASER)

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LIDAR

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Los sensores pasivos en los satélites se basan en la medición de luz solar transmitida o dispersada o emitida en ondas largas

(termal o micro-ondas)(http://see.gsfc.nasa.gov/edu/SEES/strat/class/S_class.htm)

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+ Algoritmo de traducción de señal en medición

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Backscatter Ultraviolet (BUV) Technique

Incoming solar radiation at these wavelengths

penetrates into the the troposphere where it undergoes multiple

scattering and reflections off cloud and terrestrial surfaces. The ratios of radiance to irradiance

measurements at these wavelengths provide

estimates of the column O3

amount.

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Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS )

(http://jwocky.gsfc.nasa.gov/)

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Global Ozone Monitoring Experiment (GOME)

http://auc.dfd.dlr.de/GOME/

Columna de ozono29/5-2002

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LGK GF777O3 Total

NO2

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Center for Clouds, Chemistry and ClimateAntarctic Study Centre, Vasco-da-Gama

Atmospheric Research LaboratoryDepartment of Meteorology, Maldives

Desert Research Institute European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites

Florida State University, TallahasseeForschungszentrum Jülich

GKSS-Forschungszentrum GeesthachtImperial College, London

Indian Institute of Science, BangaloreIndian Institute of Technology, New Delhi

Indian Institute of Tropical Meteorology, PuneIndian Meteorological Department, New DelhiIndian Space Research Organization, Bangalore

Institut für TroposphärenforschungKoninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut

Laboratoire d’Optique AtmosphériqueLaboratoire de Météorologie Dynamique du CNRS

Laboratoire de Météorologie Physique, Université Blaise PascalLaboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, Gif-Sur-Yvette.

Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes AtmosphériquesMax Planck Institut für Chemie

Max Planck Institut für KernphysikMax Planck Institut für Meteorologie

Meteorologisches Institut der Universität HamburgMeteorologiska Institutionen, Stockholms Universitet

NASA - Goddard Space Flight CenterNational Center for Atmospheric Research

National Center for Medium Range Weather Forecasting, New DelhiNational Institute of Oceanography, GoaNational Physical Laboratory, New Delhi

NOAA - Atlantic Oceanographic and Meteorological LaboratoryNOAA - Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory

NOAA - Pacific Marine Environmental LaboratoryNorth Carolina State University, Raleigh

Oregon State University, CorvallisPhysical Research Laboratory, Ahmedabad

Scripps Institution of OceanographySeaSpace CorporationService d’Aéronomie

Space Application Centre, AhmedabadSpace Physics Laboratory, Thiruvananthapuram

Technische Universiteit DelftTel-Aviv UniversityUniversität Bremen

Universität Innsbruck Universiteit Utrecht

University Corporation for Atmospheric ResearchUniversity of Alaska, FairbanksUniversity of California, Irvine

University of California, RiversideUniversity of California, San Diego

University of Hawaii, ManoaUniversity of Maryland, College Park

University of Mauritius, ReduitUniversity of MiamiUniversität München

University of Washington, SeattleUniversity of Witwatersrand, Johannesburg

York University, Toronto

Instituciones partcipantes ~50, países ~30, científicos ~100

+Modelación: antes, durante y después

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MODELACIÓNAbstracción...Simplificación...Síntesis...Evaluación...Pronóstico

SQcct

c

)'vc'.(-v..v

CI/CB

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•Módulos químicos•Módulos meteorológicos•Métodos numéricos y resolución de EDP•Datos de entrada•Implementaciones computacionales•Evaluación y validación

SQcct

c

)'vc'.(-v..v

CI/CB

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•Módulos químicos•Módulos meteorológicos

•Métodos numéricos y resolución de EDP•Datos de entrada

•Implementaciones computacionales•Evaluación y validación

•Reacciones en fase gaseosa•Reacciones?

•Tasas de reacción•Tasas de fotólisis

Aerosoles y nubes

Procesos de Deposición-Húmeda (nubes)

-Seca

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Datos de entrada

xFwcos2vsin2x

p1

a

uw

a

uvtan

dt

du :x

yFy

p

x

2

2usin1

a

vw

a

tanu

dt

dv :y

zFugz

p

cos21

a

vu

dt

dw :z

22

Datos Químicos: Tasas de reacción/Fotólisis

•“Off-line”

•“On-line”

Inventarios de emisiones

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•Módulos químicos•Módulos meteorológicos

•Métodos numéricos y resolución de EDP•Datos de entrada

•Implementaciones computacionales•Evaluación y validación

Advección-Eficientes-Precisos-Conservadores de masa

Parametrizaciones de subgrilla-Convección

-Mezcla turbulenta

Condiciones de borde-Laterales-Borde superior

Rapidez, memoria...

LGK GF777LGK Nov 98LGK Nov 98

Definición delProblema

Elección delmodelo

Recopilación dedatos

Implementación

Definición deescenarios

Ejecución delmodelo

Evaluación deresultados

VALIDACIÓN:• Comparación

sistemática contra observaciones

• Intercomparación

• Análisis de sensibilidad

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A propósito de validación...

http://web.mit.edu/afs/athena.mit.edu/org/i/igac/www/GIM.html

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• Asimilación de datos (“nudging”, “relaxation”)

• Modelación inversa

• Procesos heterogéneos..multifase/multiescala

• Anidamiento múltiple

• Resolución variable

• Modelos del sistema terrestre

Biósfera

Atmósfera

CriósferaLitósfera

Hidrósfera