Моллюски

CLaMS ( химическая модель Лагранжа стратосферы ) — это модульная система модели химического переноса (CTM) , разработанная в Исследовательском центре Юлих , Германия . CLaMS была впервые описана МакКенной и др. (2002a,b) и расширена до трех измерений Конопкой и др. ( 2004). CLaMS применялась в недавних европейских полевых кампаниях THESEO, EUPLEX, TROCCINOX SCOUT-O3 и RECONCILE с упором на моделирование истощения озонового слоя и переноса водяного пара .

Основными преимуществами CLaMS по сравнению с другими CTM являются:

1. его применимость для исследований обратного заполнения домена
2. его анизотропная схема смешивания
3. его интегрируемость с произвольными данными наблюдений
4. его комплексная химическая схема

В отличие от других CTM (например, SLIMCAT , REPROBUS), CLaMS работает на сетке модели Лагранжа (см. раздел о сетках моделей в модели общей циркуляции ): воздушная посылка описывается тремя пространственными координатами и временной координатой. Путь эволюции во времени , который воздушная посылка отслеживает в пространстве, называется траекторией . Специализированная схема смешивания гарантирует, что физически реалистичная диффузия накладывается на ансамбль траекторий в регионах с сильным сдвигом ветра .

CLaMS работает на произвольно разрешенных горизонтальных сетках. Пространственные координаты — широта , долгота и потенциальная температура .

CLaMS состоит из четырех модулей и нескольких препроцессоров. Четыре модуля

1. модуль траектории
2. модуль химии в коробке
3. модуль смешивания Лагранжа
4. схема седиментации Лагранжа

Интегрирование траекторий методом Рунге-Кутта 4-го порядка , шаг интегрирования 30 минут. Вертикальное смещение траекторий рассчитывается из баланса излучения.

Химия основана на химическом коде ASAD Кембриджского университета . Рассматривается более 100 химических реакций с участием более 40 химических видов. Шаг времени интеграции составляет 10 минут, виды могут быть объединены в химические семейства для облегчения интеграции. Модуль включает модель переноса излучения для определения скоростей фотолиза . Модуль также включает гетерогенные реакции на поверхностях NAT, льда и жидких частиц.

Смешивание основано на деформации сетки квазиоднородных распределений воздушных пакетов. Рассматриваются факторы сжатия или удлинения расстояний до соседних воздушных пакетов: если достигается критическое удлинение (сокращение), вводятся (удаляются) новые воздушные пакеты. Таким образом, анизотропная диффузия моделируется физически реалистичным образом.

Лагранжева седиментация рассчитывается путем отслеживания отдельных частиц тригидрата азотной кислоты (NAT), которые могут расти или уменьшаться при поглощении или выделении HNO ₃ из/в газовую фазу. Эти пакеты частиц моделируются независимо от лагранжевых пакетов воздуха. Их траектории определяются с использованием горизонтальных ветров и их вертикальной скорости осаждения, которая зависит от размера отдельных частиц. Частицы NAT зарождаются, предполагая постоянную скорость зародышеобразования, и испаряются, когда температура становится слишком высокой. При этом определяется вертикальное перераспределение HNO _{3 (денитрификация и ренитрификация).}

Модель химического транспорта не имитирует динамику атмосферы. Для CLaMS были использованы следующие метеорологические наборы данных

• Европейский центр среднесрочных прогнозов погоды ( ECMWF ), прогнозы, анализы, ERA-15, ERA-40
• Метеорологическое бюро Соединенного Королевства (UKMO)
• Модель атмосферы Европейского центра Гамбурга (ECHAM4), в версии DLR

Для инициализации химических полей в CLaMS были получены данные с большого количества разнообразных приборов.

• на спутнике (CRISTA, MIPAS, MLS, HALOE, ILAS, ...),
• на самолетах и ​​воздушных шарах (HALOX, FISH, Mark IV, BONBON...)

Если данные наблюдений отсутствуют, химические поля можно инициализировать с помощью двумерных химических моделей, моделей химико-климатических взаимодействий, климатологий или с помощью корреляций между химическими видами или химическими видами и динамическими переменными.

• Исследовательский центр Юлих
• Истощение озонового слоя
• Метеорология

• CLaMS в Forschungszentrum Jülich
• Текущая полевая кампания SCOUT-O3

Детали модели CLaMS хорошо документированы и опубликованы в научной литературе.

• Формулировка адвекции и смешивания МакКенна и др., 2002a
• Формулировка химической схемы и инициализация МакКенны и др., 2002b
• McKenna, Daniel S.; Konopka, Paul; Grooß, Jens-Uwe; Günther, Gebhard; Müller, Rolf; Spang, Reinhold; Offermann, Dirk; Orsolini, Y. (2002-08-27). "Новая химическая лагранжева модель стратосферы (CLaMS) 1. Формулировка адвекции и смешивания" (PDF) . Journal of Geophysical Research: Atmospheres . 107 (D16): ACH 15–1. Bibcode :2002JGRD..107.4309M. doi : 10.1029/2000jd000114 . ISSN  2156-2202.
• Сравнение химического модуля с другими стратосферными моделями по Крамеру и др., 2003 г.
• Расчет скорости фотолиза по Беккеру и др., 2000 г.
• Расширение версии трехмерной модели Конопки и др., 2004 г.
• Лагранжева седиментация по Грооссу и др., 2005 г.