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Comprehensive evaluation of WRF-Chem simulations for a Saharan dust episode in spring 2018 with earth observation data
Katharina Perny
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Meteorologie
Betreuer*in
Leopold Haimberger
DOI
10.25365/thesis.64168
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17485.70314.921071-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Fähigkeit des Weather Research and Forecasting model coupled with chemistry (WRF-Chem) Saharastaubereignisse darzustellen wird anhand einer Fallstudie einer Saharastaubepisode im März/April 2018 über der Mittelmeerregion untersucht.
Die Simulationen von PM10 Bodenkonzentrationen und Aerosol Optical Depth (AOD) von zwei WRF-Chem Modellkonfigurationen werden verglichen: Das Goddard Chemistry Aerosol Radiation and Transport (GOCART) Modell mit einfacher GOCART Staubemission und das Modal Aerosol Dynamics Model for Europe (MADE) - Secondary Organic Aerosol Model (SORGAM) Modell mit GOCART Staubemission mit Air Force Weather Agency (AFWA) Modifikationen.
Die PM10 Konzentrationen werden gegenüber bodengestützten Messungen der European Environmental Agency (EEA) validiert, welche von der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG) bereit gestellt werden. Die simulierten AOD Werte werden mit Messungen des Aerosol Robotic Network (AERONET) in Athen, Finokalia und Lampedusa, als auch mit European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET) Daten von Athen verglichen. Diese Daten wurden von den jeweilgen Online-Datenbanken gesammelt. Weiters wurden Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) Daten über die Evaluierungsperiode von der ZAMG zur Verfügung gestellt, welche zur Punktverifikation interpoliert werden.
Beide Modellkonfigurationen neigen dazu die beobachteten PM10 Konzentrationen zu überschätzen, wobei die GOCART Konfiguration deutlich höhere Fehler aufweist. Das zeitliche Muster der PM10 Konzentrationen unterscheidet sich nicht sehr unter den beiden Modellen. Der größte Unterschied zwischen den simulierten PM10 Konzentrationen kann über den Wüstenregionen gefunden werden, welche auch die primären Emissionsquellen für Staub darstellen.
The AOD Beobachtungsdaten weisen viele fehlende Werte wegen der bewölkten Bedingungen über der Mittelmeerregion zu dieser Zeit auf und machen die Evaluierung schwieriger.
Eine Überschätzung der Modelle bezüglich der simulierten AOD Spitzen und eine Unterschätzung der Hintergrund AOD kann bei einem Vergleich mit AERONET Daten beobachtet werden. Die Hintergrund AOD-Werte von MODIS passen besser zu den Modellsimulationen wobei ebenfalls die Spitzenwerte von beiden Modellen überschätzt werden. Wegen den Datenverfügbarkeitsproblemen sollten die Ergebnisse nur mit Vorsicht interpretiert werden.
Abstract
(Englisch)
The capability of the Weather Research and Forecasting model coupled with chemistry (WRF-Chem) to represent Saharan dust outbreaks has been investigated by applying two different settings to a case study of a dust episode in March/April 2018 in the Mediterranean Region.
Two model configurations in WRF-Chem regarding their ability to simulate PM10 surface concentration and aerosol optical depth (AOD) were compared: The Goddard Chemistry Aerosol Radiation and Transport (GOCART) model with simple GOCART dust emission and the Modal Aerosol Dynamics Model for Europe (MADE) - Secondary Organic Aerosol Model (SORGAM) model with GOCART dust emission with Air Force Weather Agency (AFWA) modification. \\
The PM10 concentrations were validated against ground-based measurements of the European Environmental Agency (EEA) provided by the Zentralanstalt f\"ur Meteorologie und Geodynamik (ZAMG). Simulated AOD values were compared with Aerosol Robotic Network (AERONET) in Athens, Finokalia and Lampedusa, as well as European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET) data from Athens. This data was collected from the respective online databases. Additionally the ZAMG provided Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data for the evaluation period, which was interpolated to allow a point evaluation. \\
Both model configurations tend to overestimate the observed PM10 concentrations with significantly larger errors shown by the GOCART configuration. The simulated PM10 pattern of the different models does not vary much. The major difference in magnitude between the models can be found over the desert area, hence, the emission source region.\\
The AOD observation datasets show many missing values due to the cloudy conditions over the Mediteranean Basin on this occasion and thereby complicate the evaluation.
An overestimation of the models regarding their simulated AOD peaks and an underestimation of the background AOD when compared to AERONET was found. The background MODIS AOD values fit better to the model values while the peaks are also overestimated by both models. Due to the data availability issues the result should be interpreted with caution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Dust aerosols WRF-Chem Sahara AOD surface PM10
Schlagwörter
(Deutsch)
Staubaerosole WRF-Chem Sahara AOD PM10 Bodenkonzentration
Autor*innen
Katharina Perny
Haupttitel (Englisch)
Comprehensive evaluation of WRF-Chem simulations for a Saharan dust episode in spring 2018 with earth observation data
Paralleltitel (Deutsch)
Umfangreiche Evaluierung von WRF-Chem Simulationen anhand einer Saharastaubepisode im Frühjahr 2018 mit verschiedenen Erdbeobachtungsdaten
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
57 Seiten : Illustrationen, Diagramme Karten
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Leopold Haimberger
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.80 Meteorologie: Allgemeines ,
38 Geowissenschaften > 38.81 Atmosphäre
AC Nummer
AC16162777
Utheses ID
56930
Studienkennzahl
UA | 066 | 614 | |