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Enregistrement W4399090976 · doi:10.5194/gmd-17-4401-2024

An improved and extended parameterization of the CO <sub>2</sub> 15 µm cooling in the middle and upper atmosphere (CO2_cool_fort-1.0)

2024· article· en· W4399090976 sur OpenAlexaff
M. López‐Puertas, Federico Fabiano, V. I. Fomichev, B. Funke, D. R. Marsh

Notice bibliographique

RevueGeoscientific model development · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueAtmospheric Ozone and Climate
Établissements canadiensYork University
Organismes subventionnairesAgencia Estatal de Investigación
Mots-clésAtmosphere (unit)Environmental scienceAtmospheric sciencesMeteorologyGeologyPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

The radiative infrared cooling of CO 2 in the middle atmosphere, where it emits under non-local thermodynamic equilibrium (non-LTE) conditions, is a crucial contribution to the energy balance of this region and hence to establishing its thermal structure. The non-LTE computation is too CPU time-consuming to be fully incorporated into climate models, and hence it is parameterized. The most used parameterization of the CO 2 15 µm cooling for Earth's middle and upper atmosphere was developed by Fomichev et al. (1998). The valid range of this parameterization with respect to CO 2 volume mixing ratios (VMRs) is, however, exceeded by the CO 2 of several scenarios considered in the Coupled Climate Model Intercomparison Projects, in particular the abrupt-4×CO 2 experiment. Therefore, an extension, as well as an update, of that parameterization is both needed and timely. In this work, we present an update of that parameterization that now covers CO 2 volume mixing ratios in the lower atmosphere from ∼0.5 to over 10 times the CO 2 pre-industrial value of 284 ppmv (i.e. 150 to 3000 ppmv). Furthermore, it is improved by using a more contemporary CO 2 line list and the collisional rates that affect the CO 2 cooling rates. Overall, its accuracy is improved when tested for the reference temperature profiles as well as for measured temperature fields covering all expected conditions (latitude and season) of the middle atmosphere. The errors obtained for the reference temperature profiles are below 0.5 K d −1 for the present-day and lower CO 2 VMRs. Those errors increase to ∼1–2K d −1 at altitudes between 110 and 120 km for CO 2 concentrations of 2 to 3 times the pre-industrial values. For very high CO 2 concentrations (4 to 10 times the pre-industrial abundances), those errors are below ∼1 K d −1 for most regions and conditions, except at 107–135 km, where the parameterization overestimates them by ∼1.2 %. These errors are comparable to the deviation of the non-LTE cooling rates with respect to LTE at about 70 km and below, but they are negligible (several times smaller) above that altitude. When applied to a large dataset of global (pole to pole and four seasons) temperature profiles measured by MIPAS (Michelson Interferometer for Passive Atmospheric Spectroscopy) (middle- and upper-atmosphere mode), the errors of the parameterization for the mean cooling rate (bias) are generally below 0.5 K d −1 , except between 5×10-3 and 3×10-4 hPa (∼85–98 km), where they can reach biases of 1–2 K d −1 . For single-temperature profiles, the cooling rate error (estimated by the root mean square – rms – of a statistically significant sample) is about 1–2 K d −1 below 5×10-3 hPa (∼85 km) and above 2×10-4 hPa (∼102 km). In the intermediate region, however, it is between 2 and 7 K d −1 . For elevated stratopause events, the parameterization underestimates the mean cooling rates by 3–7 K d −1 (∼10 %) at altitudes of 85–95 km and the individual cooling rates show a significant rms (5–15 K d −1 ). Further, we have also tested the parameterization for the temperature obtained by a high-resolution version of the Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM-X), which shows a large temperature variability and wave structure in the middle atmosphere. In this case, the mean (bias) error of the parameterization is very small, smaller than 0.5 K d −1 for most atmospheric layers, reaching only maximum values of 2 K d −1 near 5×10-4 hPa (∼ 96 km). The rms has values of 1–2 K d −1 (∼20 %) below ∼2×10-2 hPa (∼80 km) and values smaller than 4 K d −1 (∼2 %) above 10 −4 hPa (∼105 km). In the intermediate region between ∼5×10-3 and ∼2×10-4 hPa (85–102 km), the rms is in the range of 5–12 K d −1 . While these values are significant in percentage at ∼5×10-3–5×10-4 hPa, they are very small above ∼5×10-4 hPa (96 km). The routine is very fast, taking (1.5–7.5) ×10-5 s, depending on the extension of the atmospheric profile, the processor and the Fortran compiler.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,017
Score d'incertitude au seuil0,033

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,020
Tête enseignante GPT0,217
Écart entre enseignants0,197 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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