New strategies for vertical transport in chemistry-transport models: application to the case of the Mount Etna eruption on March 18, 2012 with CHIMERE v2017r4 - Sorbonne Université Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Geoscientific Model Development Année : 2020

New strategies for vertical transport in chemistry-transport models: application to the case of the Mount Etna eruption on March 18, 2012 with CHIMERE v2017r4

Résumé

Excessive numerical diffusion is one of the major limitations in the representation of long-range transport by chemistry-transport models. In the present study, we focus on excessive diffusion in the vertical direction, which has been shown to be a major issue, and we explore three possible ways to address this problem: increase vertical resolution, use an advection scheme with antidiffusive properties, and represent more accurately the vertical wind. This study is done with the CHIMERE chemistry-transport model, for the March 18, 2012 eruption of Mount Etna, which has released about 3 kt of sulphur dioxide in the atmosphere into a plume that has been observed by satellite instruments (IASI and OMI) for several days. The change from the classical Van Leer et al., (1977) scheme to the Després and Lagoutière (1999) antidiffusive scheme in the vertical direction has been shown to bring the largest improvement to model outputs in terms of preserving the thin plume emitted by the volcano. To a lesser extent, improved representation of the vertical wind field has also been shown to reduce plume dispersion. Both these changes help reducing vertical diffusion in the model as much as a brute-force approach (increasing vertical resolution).
L'excès de diffusion numérique est l'une des limitations majeures pour la représentation du transport à longue distance dans les modèles de chimie-transport. La présente étude se concentre sur l'excès de diffusion verticale, dont il a été démontré que c'est un problème majeur. Nous explorons trois façons possibles d'aborder ce problème: raffiner la résolution verticale, utiliser un schéma de transport antidiffusif, et représenter le vent vertical de façon plus exacte. Cette étude est réalisée avec le modèle de chimie-transport CHIMERE pour l'éruption de l'Etna du 18 mars 2012, qui a libéré environ 3kT de dioxyde de soufre dans l'atmosphère, formant un panache qui a été observé par les instruments spatiaux IASI et OMI durant plusieurs jours. C'est la substitution du schéma classique de Van Leer (1977) par le schéma antidiffusif de Després et Lagoutière (1999) dans la direction verticale qui a apporté l'amélioration la plus substantielle dans les sorties du modèle, en termes de préservation du panache mince émis par le volcan. Dans une moindre mesure, la représentation améliorée du champ de vent vertical a également réduit la diffusion du panache. Ces deux changements ont réduit la diffusion verticale de façon aussi efficace qu'une approche en force brute (raffinement de la résolution verticale).
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hal-02976016 , version 1 (23-10-2020)

Licence

Paternité

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Citer

Mathieu Lachatre, Sylvain Mailler, Laurent Menut, Solène Turquety, Pasquale Sellitto, et al.. New strategies for vertical transport in chemistry-transport models: application to the case of the Mount Etna eruption on March 18, 2012 with CHIMERE v2017r4. Geoscientific Model Development, 2020, 13, pp.5707-5723. ⟨10.5194/gmd-13-5707-2020⟩. ⟨hal-02976016⟩
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