Evaluation of Mixing Height representations in the EUROS model

Abstract

Het EUROS model is een model voor luchtkwaliteit dat wordt gebruikt bij het RIVM-LLO voor korte (dag) en lange termijn (jaar) simulaties van chemische verspreiding van gassen of fijnstof op Europese schaal. Dit rapport beschrijft een deel van lopend ontwikkelings- en validatiewerk aan het model om de generieke toepasbaarheid van het model te verbeteren. Dit is een van de doelen van het RIVM project 'compartimentele modellen/integratie regionale modellen. Er wordt gefocust op de beschrijving van de verspreidings processen, met als doel deze processen te evalueren en te verbeteren. Als zodanig vormt het een eerste stap in de overgang naar een complete drie-dimensionale beschrijving van de EUROS transport module. Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van een samenwerkingsovereenkomst met de Vlaamse Instelling voor Technologische Ontwikkeling (VITO) en RIVM. De beschrijving van de menglaag en horizontale advectie in het EUROS model is verbeterd. De nieuwe EUROS versie is uitvoerig getest en de menglaaghoogtes zijn vergeleken met lidar metingen. Modelresultaten voor ozonconcentraties en geintegreerde blootstellings nivo's (AOT) zijn geevalueerd in termen van de verschillende menglaagbeschrijvingen. De herziene beschrijving van de menglaag geeft een veel betere weerspiegeling van het land-zee contrast, met lagere menglaaghoogtes boven zee dan boven land gedurende de dag. Een belangrijk resultaat is dat het menglaagconcept, dat in het EUROS model wordt gebruikt, een validatie van de gemodeleerde waarden bemoeilijkt. Dit is omdat de gemodelleerde ozon AOT40 nivo's geen significante verbetering laten zien in vergelijking met metingen, in tegenstelling tot de aangebrachtte wetenschappelijke verbeteringen. Het belangrijkste aspect in deze context is de waarde van de reservoirlaaghoogte in het model. De reservoirlaaghoogte is gelieerd aan het menglaag concept. Daarom wordt verwacht dat een realistischere beschrijving van de verticale uitwisselingsprocessen, door een explicite beschrijving van 3D advectie en diffusie, de resultaten van het EUROS significant zal verbeteren, zowel kwantitatief als kwalitatief.<br>

The EUROS model is an air-quality model used at the Air Research Laborotory of RIVM for short (day) to long term (year) for simulations of the (chemical) dispersion of gaseous and/or airborne particulate matter on European scale. This report describes a part of ongoing development and validation work on the model to improve the models generic applicability which is one of the objectives of the RIVM project compartimental models (now: integration of regional models S711002). It focusses on the representation of dispersion processes, with the goal to improve and evaluate these processes. As such it forms a first step in the revision towards a complete three dimensional description of the transport module in the EUROS model. The work is performed within the framework of a collaboration between the Flemish institute for technological research (VITO) and RIVM. In EUROS the representation of the mixing layer and horizontal advection is improved. The new EUROS version is extensively tested and mixing layer height values are evaluated with lidar measurements. Model results for ozone concentrations and accumulated exposure (AOT) are evaluated in terms of the different mixing layer representations. The revised calculation of the mixing layer gives a much better representation of the land-sea contrast, with lower mixing heights over sea than over land, during the daytime. An important outcome is that the mixing layer concept, used in EUROS, hinders the validation of modelled concentration levels. Because, in spite of the applied scientific model improvements, modelled AOT40 levels for ozone do not show significant improvement in respect to observations. The main concern in this context is the value of the reservoir layer height in the model, which is interlaced with the mixing layer concept. Therefore, it is anticipated that a more realistic representation of the vertical exchange processes, by describing explicitly three-dimensional advection and diffusion, will improve the EUROS model results significantly, both quantitatively and qualitatively.<br>