Evaluation du bilan de la radiation à la surface sur l'Amérique du Nord pour le modèle GEM-LAM

Marko Marković, UQÀM

Dr Colin Jones, UQÀM

Dr Paul Vaillancourt, Environnement Canada

Objectifs

-Les paramètres du bilan de la radiation à la surface qui seront étudiés sont: le rayonnement solaire incident, le rayonnement atmosphérique descendant. Nous évaluons aussi la couverture nuageuse.-Il faut évaluer la qualité du BRS (bilan de la radiation à la surface) des réanalyses (ECMWF et NCEP) avec les observations de surface pour déterminer si on peut les utiliser comme substitut des observations dans le modèle.

-Comparer les données prises à la surface avec les données satellitaires (ISCCP).

-Évaluer le BRS de GEM-LAM avec les observations de surface pour la région d'Amérique du Nord.

Comment le modèle simule le cycle saisonnier de la radiation?

Évaluer séparément (là où possible) la radiation en ciel clair et celle en ciel nuageux.

Déterminer la qualité du BRS de GEM-LAM et l'améliorer si possible.

3.2 Les données du réseau SURFRAD

Le réseau SURFRAD est composé de différents sites de mesures proposés par NOAA et NASA.

Ces sites représentent la diversité climatique des États-Unis.

La radiation globale du soleil est mesurée avec un pyranomètre à bande large (PSP).

La composante de la radiation directe est surveillée avec un pyrhéliomètre (NIP), et la composante diffusée avec un pyranomètre à l’ombre (shaded PSP).

Un pyrgéomètre (PIR) mesure la radiation longue émise par les nuages et les autres constituants atmosphériques.

Modèles et données

modified

Source:www.srrb.noaa.gov/surfrad

Choix du substitut (ERA40, NARR, ISCCP) sur le domaine d’Amérique du Nord

1.NARRLW- très bien (moins que erreur d’instrument, )SW - surestimation importante

2. ERA40LW- très bien (moins que erreur d'instrument, )SW- acceptable

3. ISCCP (Satellite)LW- surestimation importante SW- très bien

Notre choix ERA40

Comparaison du cycle annuel moyen

Résultats

10Wm 2

10Wm 2

1. Choix du substitut (ERA40, NARR, ISCCP)

- comparaison aux stations de ERA40, NARR, ISCCP avec les observations

- le meilleur substitut (ERA40) sera utilisé comme comparatif avec le modèle sur l’ensemble du domaine

2. Comparaison aux stations (modèle et observations)

- Cycle annuel moyen

- Fonction de densité de probabilité

- Ciel clair contre ciel total

- Fonction de densité de probabilité

- Fonction de densité de probabilité de fraction des nuages

3. Comparaison de GEM-LAM sur l'Amérique du Nord avec le meilleur substitut (ERA40)

Schéma de présentation des résultats

Cycle annuel moyen (2000-2004), pour toutes les stations

Résultats Comparaison aux stations (modèle et obs.)

Comparaison de Fonction de densité de probabilitéGEM-LAM et Obs, tout le cycle diurne (24h) est inclus

FDP (2000-2004), pour toutes les stations

Cycle annuel moyen, pendant la période d’ensoleillement journée (2000-2004) Comparaison ciel total versus ciel clair

- Période du jour analysé 15-21 UTC

Résultats Comparaison aux stations (modèle et obs.)

Fonction de densité de probabilité des données brutes, période 15-21

UTC, saison DJF

Résultats

Ciel clair < 10 % de couverture nuageuse

Ciel couvert > 90 % de couverture nuageuse

Ciel clair

Ciel couvert

Ciel total

Ondes courtes: les biais en ciel total sont surtout influencés par les condition en ciel couvert

Ondes longues: les erreurs principales des conditions de ciel total viennent des résultats de condition du ciel clair.

Fonction de densité de probabilité des données brutes, période 15-21

UTC, saison JJA

Résultats

Ciel clair < 10 % de couverture nuageuse

Ciel couvert > 90 % de couverture nuageuse

Ciel clair

Ciel couvert

Ciel total

Ondes courtes: les biais en ciel total sont influencés par les deux conditions, en ciel couvert et clair

Ondes longues: les erreurs principales des conditions de ciel total viennent des résultats de condition du ciel clair.

Comparaison de Fonction de densité de probabilitéde fraction des nuages

GEM-LAM et Obs, cycle diurne 15-21UTC est inclus

1. Choix du substitut (ERA40, NARR, ISCCP)

- comparaison aux stations de ERA40, NARR, ISCCP avec les observations

- le meilleur substitut (ERA40) sera utilisé comme comparatif avec le modèle sur l’ensemble du domaine

2. Comparaison aux stations (modèle et observations)

- Cycle annuel moyen

- Fonction de densité de probabilité

- Ciel clair contre ciel total

- Fonction de densité de probabilité

- Fonction de densité de probabilité de fraction des nuages

3. Comparaison de GEM-LAM sur l'Amérique du Nord avec le meilleur substitut (ERA40)

Schéma de présentation des résultats

GEM-ERA40

Nuages

Différences entre GEM-LAM et les réanalyses ERA40, DJF moyennes 1999-2002

Rétrospective des résultats précédentsComparaison aux stations, DJF:

SW: bonnes concordancesLW: Sous-estimations CN: Sous-estimations

(W/m2)

(%)

SW LW

(W/m2)

LW

Nuages

Différences entre GEM-LAM et les réanalyses ERA40, JJA moyennes 1999-2002

Rétrospective des résultats précédentsComparaison aux stations, JJA:

SW: surestimationLW: concordances acceptablesCN: Sous-estimations

(W/m2)

(%)

SW

(W/m2)

GEM-ERA40

Région: 1 Région: 3Région: 2

Comparaison des trois différents type de climat sur l'Amérique du Nord

GEM-LAM et ERA40

Cycle annuel moyen 1999-2002

SW

LW

nuages

Faits saillants

• Sous-estimation du rayonnement atmosphérique descendant de longue longueur d’onde pendant l’hiver

• Surestimation du rayonnement solaire pendant l’été.

• Sous-estimation de la couverture nuageuse dans le modèle (aux stations).

• Rayonnement solaire est bien simulé pour condition de ciel clair tandis que pour le rayonnement atmosphérique descendant les biais sont présents.

• Sous-estimation de Fonction de densité de probabilité de quantité de nuages en condition de ciel couvert et surestimation pour ciel clair.

• La comparaison sur le domaine donne des conclusions similaires à celles de la comparaison aux stations.

merci !