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Comparison of Receptor-Oriented Dispersion Calculations Based On

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Comparison of Receptor-Oriented Dispersion Calculations Based On Comparison of Receptor-Oriented Dispersion Calculations Based on ECMWF Data and Nested MM5 Simulations for the Schauinsland Monitoring Station Petra Seibert and Paul Skomorowski Institute of Meteorology, University of Natural Resources & Appl. Life Sci. (BOKU) Peter-Jordan-Straße 82, A-1190 Vienna, Austria European Geosciences Union General Assembly 2007 Met Vienna, Austria, 16-20 April 2007 WorldWideWeb http://www.boku.ac.at/imp/envmet/; E-mail: petra.seibert @ boku.ac.at 1 Motivation • Introducing an option of z-diffusion (horizontal diffusion cannot change the height of a particle above sea level, in- stead of acting on surfaces parallel to the topography). This feature is important for high-resolution simulations over The German Federal Office for Radiation Protection (Bundesamt fur¨ Strahlenschutz) maintains monitoring sites for air- mountain topography. borne radioactivity measurements. For our work, we are focusing on the mountain station Schauinsland (1200 m) and This new version will soon be made public, at the moment a beta version can be obtained from the author. the station Freiburg im Breisgau (270 m), located in the Rhine Valley (Fig. 1 (left)). Schauinsland is also the only station Setup used: located in Central Europe among the 80 radionuclide monitoring stations being built up for the operational monito- • backward mode ring of the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT) by its Provisional Technical Secretariate (PTS) in Vienna. • temporal resolution of input meteorological fields 3 h (for ECMWF), 1 h (for MM5) In addition, the Federal Office of Environment (Umweltbundesamt) carries out monitoring of background atmospheric • temporal resolution of output: 3 h ◦ conditions at Schauinsland. • horizontal resolution of output: 0.5 and (nest over Central Europe) approx. 8 km Observations in the past have shown that Schauinsland and Freiburg may sample different air masses depending on the • vertical layer thickness for ouput: 150 m with ECMWF input, 25 with MM5 input meteorological situation. For the investigation of atmospheric trace substances, receptor-oriented dispersion models with • number of particles per receptor day: 150,000 / 180,000 meteorological input data from ECMWF analyses are presently used by the PTS. It is obvious that on this base the differences in the airmass origin are probably not captured. The work presented here was thus guided by the following questions: 3 Selected episodes • Can the origin of air masses at the two stations be simulated better based on a high-resolution, nested meteorological A total of 10 (nomiminally 11) periods with duration from 5 to 10 days have been selected. On this poster, we show model than a based on a global model? results of four periods to illustrate the main findings: • For which weather patterns are differences significant? Could such patterns be diagnosed from available data? • Episode 3 from 3{11 Nov 2004 with strong northwesterly, later northeasterly flow • Is it possible to obtain an improved consideration of orographic effects with simplified methods such as using an • Episode 8 from 31 Jan { 8 Feb 2004 with strong southwesterly flow elevated receptor position for the mountain station? • Episode 5 from 19{24 June 2005 with anticyclonic summer conditions These questions have been answered by simulating several episodes with FLEXPART, based on ECMWF fields and MM5 • Episode 9 from 8{17 Dec 2004 with anticyclonic winter conditions (inversion) calculations. 49˚N 4 Results of meteorological simulations 48˚00'N Freiburg 48˚N Episode 3, northwesterly (later northeasterly) flow Episode 8, southwesterly flow ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Freiburg ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Schauinsland ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Freiburg ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Schauinsland Schauinsland 15 10 15 10 10 10 5 5 5 5 0 47˚N 0 Temperatur [°C] Temperatur [°C] Temperatur [°C] Temperatur [°C] −5 0 km 0 0 5 10 ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Freiburg − Obs. Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Schauinsland − Obs. Obs. 47˚45'N ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Freiburg − Obs. Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Schauinsland − Obs. Obs. 10 7˚45'E 8˚00'E 0 5 5 5 10 10 0 0 −5 0 46˚N 5 5 −5 Differenz [°C] Differenz [°C] Differenz [°C] Differenz [°C] −5 −10 −5 Windgeschw. [m/s] Windgeschw. [m/s] Windgeschw. [m/s] Windgeschw. [m/s] 0 0 0 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 ECMWF − Obs. MM5(D1) − Obs. MM5(D5) − Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1) − Obs. MM5(D5) − Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1) − Obs. MM5(D5) − Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1) − Obs. MM5(D5) − Obs. ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Freiburg Obs. ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Schauinsland Obs. 03ECMWF NOV 04 NOV 05MM5(D1) NOV 06 NOV 07MM5(D5) NOV 08 NOV Freiburg09 NOV Obs.10 NOV11 NOV 03ECMWF NOV 04 NOV 05MM5(D1) NOV 06 NOV 07MM5(D5) NOV 08 NOV Schauinsland09 NOV 10 Obs. NOV11 NOV 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 360 2004 360 2004 2004 3005 2004 4˚E 5˚E 6˚E 7˚E 8˚E 9˚E 5 5 300 300 300 240 2400 2400 2400 180 180 0 120 120 180 180 Differenz [m/s] Differenz [m/s] −5 Differenz [m/s] Differenz [m/s] −5 Windrichtung [°] Windrichtung [°] Windrichtung [°] 60 Windrichtung [°] 60 −5 120 0 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 Figure 1: Area of interest (left) and MM5 model area setup with 4 nests (right). 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 |ECMWFObs. (Schauinsland − Obs.| − Freiburg)|MM5(D1) − Obs.| MM5−D5 (Schauinsland|MM5(D5) − Obs.|− Freiburg) |ECMWFObs. (Schauinsland − Obs.| − Freiburg)|MM5(D1) − Obs.| MM5−D5 (Schauinsland|MM5(D5) − Obs.|− Freiburg) |ECMWFObs. (Schauinsland − Obs.| − Freiburg)|MM5(D1) − Obs.| MM5−D5 (Schauinsland|MM5(D5) − Obs.|− Freiburg) |ECMWFObs. (Schauinsland − Obs.| − Freiburg)|MM5(D1) − Obs.| MM5−D5 (Schauinsland|MM5(D5) − Obs.|− Freiburg) 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 180 03 NOV 04 NOV 05 NOV 06 NOV 07 NOV 08 NOV 09 NOV 10 NOV11 NOV 180 03 NOV 04 NOV 05 NOV 06 NOV 07 NOV 08 NOV 09 NOV 10 NOV11 NOV 2004 2004 2004 2004 150 120 150 150 10 10 10 10 120 120 120 90 [K] [K] [K] [K] 90 5 5 905 905 60 ∆Θ ∆Θ ∆Θ ∆Θ 60 60 60 Differenz [°] Differenz [°] Differenz [°] Differenz [°] 30 300 0 300 300 0 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 0 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 12 0 03 12NOV 0 04 NOV12 0 05 NOV12 0 06 12NOV 0 07 12NOV 0 08 12NOV 0 09 12NOV 0 10 12NOV110 NOV 03 12NOV 0 04 NOV12 0 05 NOV12 0 06 12NOV 0 07 12NOV 0 08 12NOV 0 09 12NOV 0 10 12NOV110 NOV 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 03 NOV 04 NOV 05 NOV 06 NOV 200407 NOV 08 NOV 09 NOV 10 NOV11 NOV 03 NOV 04 NOV 05 NOV 06 NOV 200407 NOV 08 NOV 09 NOV 10 NOV11 NOV 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 2004FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 31 JÄN 01 FEB 02 FEB 03 2004FEB 04 FEB 05 FEB 06 FEB 07 FEB 2004 2004 2004 2004 2 Model description Episode 4, anticyclonic conditions in summer Episode 9, anticyclonic conditions in winter with inversion ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Freiburg ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Schauinsland ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Freiburg ECMWF MM5(D1) MM5(D5) Schauinsland 10 25 30 10 20 5 5 25 0 2.1 MM5 meteorological model 15 0 20 −5 Temperatur [°C] Temperatur [°C] Temperatur [°C] Temperatur [°C] 10 15 −5 −10 ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Freiburg − Obs. Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Schauinsland − Obs. Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Freiburg − Obs. Obs. ECMWF − Obs. MM5(D1)MM5(D1) − Obs.MM5(D5) MM5(D5)Schauinsland − Obs. Obs. The nohydrostatic meteorological model MM5 (Grell et al., 1994) is used in this study to generate high-resolution 0 10 15 0 0 10 −5 5 5 5 10 meteorolgical fields.
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