A New Formulation of the Spectral Energy Budget of the Atmosphere, with Application to Two High-Resolution General Circulation Models

International audience

Automatization of feeding the heat flux data to water circulation simulations of recovery boilers

Tässä työssä perehdytään soodakattiloiden vesikiertomallin rakentamiseen. Työn päätavoitteena on kehittää simulointimallia varten taulukkolaskentapohja, jonka avulla soodakattilan lämpövuotietoja on yksinkertaista ja nopeaa käsitellä ja siirtää Apros 6 -simulointiohjelmaan. Lisäksi tarkoituksena on pyrkiä automatisoimaan työvaiheet mahdollisimman pitkälle, jolloin vesikiertolaskennan tekeminen yksinkertaistuisi, yhtenäistyisi ja tarkentuisi. Tämä on mahdollista Excel- makrojen ja Apros 6:n uusien toimintojen avulla. Apros 6:ssa on nyt mahdollista hyödyntää SCL- komentotiedostoja, joiden avulla sujuva tiedonsiirto Aproksen ja Excelin välillä vodaan toteuttaa. Vesikiertolaskentaan käytettävän datan käsittely on aikaisemmin ollut työlästä ja sen tarkkuus on pitkälti riippunut mallintajasta. Tässä diplomityössä päästään hyödyntämään uusimpia ja realistisempia soodakattiloiden CFD- malleja, joiden avulla pystytään luomaan aikaisempaa tarkemmat lämpövuojakaumat soodakattilan lämpöpinnoille. Tämä muutos parantaa vesikiertolaskennan tarkkuutta. Työn kokeellisessa osassa uutta Excel laskentatyökalua ja uusia lämpövuoarvoja testataan käytännössä. Eräs vanha Apros- vesikiertomalli päivitetään uusilla lämpövuoarvoilla ja sen rakenteeseen tehdään muutoksia tarkkuuden parantamiseksi. Uuden mallin toimivuutta testataan myös 115 %:n kapasiteetilla ja tutkitaan kuinka kyseinen vesikiertopiiri reagoi suurempaan lämpötehoon. Näitä kolmea eri tilannetta vertaillaan toisiinsa ja tarkastellaan eroavaisuuksia niiden vesi-höyrypiireissä.

The transport of nitric oxide in the upper atmosphere by planetary waves and the zonal mean circulation

U of I Only

Reconstructability of 3-Dimensional Upper Ocean Circulation from SWOT Sea Surface Height Measurements

Utilizing the framework of effective surface quasi-geostrophic (eSQG) theory, we explored the potential of reconstructing the 3D upper ocean circulation structures, including the balanced vertical velocity (w) field, from high-resolution sea surface height (SSH) data of the planned SWOT satellite mission. Specifically, we utilized the 1/30°, submesoscale-resolving, OFES model output and subjected it through the SWOT simulator that generates the along-swath SSH data with expected measurement errors. Focusing on the Kuroshio Extension region in the North Pacific where regional Rossby numbers range from 0.22 to 0.32, we found that the eSQG dynamics constitutes an effective framework for reconstructing the 3D upper ocean circulation field. Using the modeled SSH data as input, the eSQG-reconstructed relative vorticity (ζ) and w fields are found to reach a correlation of 0.7–0.9 and 0.6–0.7, respectively, in the 1,000m upper ocean when compared to the original model output. Degradation due to the SWOT sampling and measurement errors in the input SSH data for the ζ and w reconstructions is found to be moderate, 5–25% for the 3D ζ field and 15-35% for the 3D w field. There exists a tendency for this degradation ratio to decrease in regions where the regional eddy variability (or Rossby number) increases.

A direct determination of the World Ocean barotropic circulation

The time-mean Argo float displacements and the World Ocean Atlas 2009 temperature–salinity climatology are used to obtain the total, top to bottom, mass transports. Outside of an equatorial band, the total transports are the sum of the vertical integrals of geostrophic- and wind-driven Ekman currents. However, these transports are generally divergent, and to obtain a mass conserving circulation, a Poisson equation is solved for the streamfunction with Dirichlet boundary conditions at solid boundaries. The value of the streamfunction on islands is also part of the unknowns. This study presents and discusses an energetic circulation in three basins: the North Atlantic, the North Pacific, and the Southern Ocean. This global method leads to new estimations of the time-mean western Eulerian boundary current transports maxima of 97 Sverdrups (Sv; 1 Sv ≡ 106 m3 s−1) at 60°W for the Gulf Stream, 84 Sv at 157°E for the Kuroshio, 80 Sv for the Agulhas Current between 32° and 36°S, and finally 175 Sv for the Antarctic Circumpolar Current at Drake Passage. Although the large-scale structure and boundary of the interior gyres is well predicted by the Sverdrup relation, the transports derived from the wind stress curl are lower than the observed transports in the interior by roughly a factor of 2, suggesting an important contribution of the bottom torques. With additional Argo displacement data, the errors caused by the presence of remaining transient terms at the 1000-db reference level will continue to decrease, allowing this method to produce increasingly accurate results in the future.

Is there any imprint of the wind variability on the Atlantic Water circulation within the Arctic Basin?

The Atlantic Water (AW) layer in the Arctic Basin is isolated from the atmosphere by the overlaying surface layer, yet observations have revealed that the velocities in this layer exhibit significant variations. Here analysis of a global ocean/sea ice model hindcast, complemented by experiments performed with an idealized process model, is used to investigate what controls the variability of AW circulation, with a focus on the role of wind forcing. The AW circulation carries the imprint of wind variations, both remotely over the Nordic and Barents Seas where they force the AW inflow variability, and locally over the Arctic Basin through the forcing of the wind-driven Beaufort Gyre, which modulates and transfers the wind variability to the AW layer. The strong interplay between the circulation within the surface and AW layers suggests that both layers must be considered to understand variability in either.

Numerical study of circulation in the Caspian Sea and its effects on the southern coastal currents

In this study, numerical simulation of the Caspian Sea circulation was performed using COHERENS three-dimensional numerical model and field data. The COHERENS three-dimensional model and FVCOM were performed under the effect of the wind driven force, and then the simulation results obtained were compared. Simulation modeling was performed at the Caspian Sea. Its horizontal grid size is approximately equal to 5 Km and 30 sigma levels were considered. The numerical simulation results indicate that the winds' driven-forces and temperature gradient are the most important driving force factors of the Caspian circulation pattern. One of the effects of wind-driven currents was the upwelling phenomenon that was formed in the eastern shores of the Caspian Sea in the summer. The simulation results also indicate that this phenomenon occurred at a depth less than 40 meters, and the vertical velocity in July and August was 10 meters and 7 meters respectively. During the upwelling phenomenon period the temperatures on the east coast compared to the west coast were about 5°C lower. In autumn and winter, the warm waters moved from the south east coast to the north and the cold waters moved from the west coast of the central Caspian toward the south. In the subsurface and deep layers, these movements were much more structured and caused strengthening of the anti-clockwise circulation in the area, especially in the central area of Caspian. The obtained results of the two models COHERENS and FVCOM performed under wind driven-force show a high coordination of the two models, and so the wind current circulation pattern for both models is almost identical.

Dissolved Organic Carbon in the North Atlantic Meridional Overturning Circulation

The quantitative role of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) in dissolved organic carbon (DOC) export is evaluated by combining DOC measurements with observed water mass transports. In the eastern subpolar North Atlantic, both upper and lower limbs of the AMOC transport high-DOC waters. Deep water formation that connects the two limbs of the AMOC results in a high downward export of non-refractory DOC (197 Tg-C center dot yr(-1)). Subsequent remineralization in the lower limb of the AMOC, between subpolar and subtropical latitudes, consumes 72% of the DOC exported by the whole Atlantic Ocean. The contribution of DOC to the carbon sequestration in the North Atlantic Ocean (62 Tg-C center dot yr(-1)) is considerable and represents almost a third of the atmospheric CO2 uptake in the region.

Migration, prospecting, dispersal? What host movement matters for infectious agent circulation?

Spatial disease ecology is emerging as a new field that requires the integration of complementary approaches to address how the distribution and movements of hosts and parasites may condition the dynamics of their interactions. In this context, migration, the seasonal movement of animals to different zones of their distribution, is assumed to play a key role in the broad scale circulation of parasites and pathogens. Nevertheless, migration is not the only type of host movement that can influence the spatial ecology, evolution, and epidemiology of infectious diseases. Dispersal, the movement of individuals between the location where they were born or bred to a location where they breed, has attracted attention as another important type of movement for the spatial dynamics of infectious diseases. Host dispersal has notably been identified as a key factor for the evolution of host-parasite interactions as it implies gene flow among local host populations and thus can alter patterns of coevolution with infectious agents across spatial scales. However, not all movements between host populations lead to dispersal per se. One type of host movement that has been neglected, but that may also play a role in parasite spread is prospecting, i.e., movements targeted at selecting and securing new habitat for future breeding. Prospecting movements, which have been studied in detail in certain social species, could result in the dispersal of infectious agents among different host populations without necessarily involving host dispersal. In this article, we outline how these various types of host movements might influence the circulation of infectious disease agents and discuss methodological approaches that could be used to assess their importance. We specifically focus on examples from work on colonial seabirds, ticks, and tick-borne infectious agents. These are convenient biological models because they are strongly spatially structured and involve relatively simple communities of interacting species. Overall, this review emphasizes that explicit consideration of the behavioral and population ecology of hosts and parasites is required to disentangle the relative roles of different types of movement for the spread of infectious diseases.

A new, fast and flexible radiative transfer method for Venus general circulation models

We present a new radiation scheme for the Oxford Planetary Unified Model System for Venus, suitable for the solar and thermal bands. This new and fast radiative parameterization uses a different approach in the two main radiative wavelength bands: solar radiation (0.1-5.5 mu m) and thermal radiation (1.7-260 mu m). The solar radiation calculation is based on the delta-Eddington approximation (two-stream-type) with an adding layer method. For the thermal radiation case, a code based on an absorptivity/emissivity formulation is used. The new radiative transfer formulation implemented is intended to be computationally light, to allow its incorporation in 3D global circulation models, but still allowing for the calculation of the effect of atmospheric conditions on radiative fluxes. This will allow us to investigate the dynamical-radiative-microphysical feedbacks. The model flexibility can be also used to explore the uncertainties in the Venus atmosphere such as the optical properties in the deep atmosphere or cloud amount. The results of radiative cooling and heating rates and the global-mean radiative-convective equilibrium temperature profiles for different atmospheric conditions are presented and discussed. This new scheme works in an atmospheric column and can be easily implemented in 3D Venus global circulation models. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Étude de mortalité de cinq cancers : mélanome cutané, cancer broncho-pulmonaire, leucémie myéloïde chronique, maladie de Hodgkin et cancer de l’endomètre.

Pour chacun des cinq cancers, nous avons fait un rappel de l’épidémiologie en Amérique du Nord, des classifications et des facteurs pronostics, la description des études, l’étude commentée de la mortalité, et enfin la conclusion. L’étude du mélanome cutané a montré que les mélanomes sont assurables dès les premières années aux stades IA, IB, IIA et IIIA, aux stades IIB, IIC et IIIB après cinq ans et au stade IIIC après 15ans. L’étude du cancer broncho-pulmonaire a montré que le cancer à petites cellules n’est pas assurable et que les cancers broncho-pulmonaires non à petites cellules pourraient être assurables chez les moins de 65 ans aux stades IA à IIIA après dix ans, et chez les 65 ans et plus au stade IA dès les premières années, aux stades IB et IIA après cinq ans et aux stades IIB et IIIA après dix ans L’étude de la leucémie myéloïde chronique a montré l’assurabilité seulement des sujets de plus de 65 ans dès les premières années et des sujets de 60 à 65 ans après 5 ans. L’étude du lymphome de Hodgkin a montré que chez les sujets de moins de 45 ans le stade IA est assurable dès les premières années, les stades IB et IIA le sont après 5 ans et les stades IIB à IVA le sont après 10 ans. Les sujets de 45 à 64 ans aux stades IA et IIA sont assurables dès les premières années et autres stades après 5 ans. Les sujets de 65 ans et plus sont assurables dès les premières années aux stades IA à IIIA et après 5 ans aux autres stades. L’étude du cancer de l’endomètre montre qu’il n’est assurable les cinq premières années que pour le type I au stade I chez les femmes âgées de 45 ans et plus, au stade II chez les femmes de 55 ans et plus et au stade III chez les femmes de 65 ans et plus ; pour le type II au stade I chez les 65 ans et plus, et au stade II chez les 75 ans et plus ; et pour les tumeurs mullériennes malignes mixtes au stade I chez les 65 ans et plus.

Caractérisation du syndrome de chevauchement de l’asthme et de la maladie pulmonaire obstructive chronique

Maladies fréquentes, l’asthme touche 8,4% de la population canadienne âgée de 12 ans et plus et la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) touche de 5 à 15% de la population âgée entre 35 et 79 ans. L’asthme et la MPOC peuvent coexister chez un patient. Ce phénomène appelé syndrome de chevauchement de l’asthme et de la MPOC (ACOS) toucherait environ 10% à 55% des patients MPOC. Afin de mieux caractériser l’ACOS et les effets indésirables des médicaments utilisés pour traiter la MPOC, deux études ont été mises en place. Une première étude réalisée auprès de pneumologues a permis de décrire les méthodes de diagnostic, de traitement et d’évaluation de la maitrise de l’ACOS dans la pratique clinique. Les pneumologues rapportent que le diagnostic devrait être basé sur les caractéristiques cliniques, les tests de fonction pulmonaire et l'intuition clinique du médecin. De plus, un corticostéroïde inhalé en combinaison et un bronchodilatateur inhalé à longue durée d’action devraient être introduits rapidement dans le plan de traitement. La deuxième étude a permis d’évaluer la fréquence des effets indésirables chez les patients MPOC/ACOS traités avec un bronchodilatateur inhalé à longue durée d’action. Cette étude démontre que les effets indésirables sont fréquents chez les patients MPOC/ACOS et que la sécheresse buccale et la gorge sèche sont les plus rapportés. Ces résultats démontrent que la mise en place de lignes directrices pour l’ACOS ainsi qu’une meilleure connaissance du profil de tolérance des bronchodilatateurs inhalés à longue durée d’action seraient bénéfiques pour les patients

Étude de mortalité de cinq cancers : mélanome cutané, cancer broncho-pulmonaire, leucémie myéloïde chronique, maladie de Hodgkin et cancer de l’endomètre

Pour chacun des cinq cancers, nous avons fait un rappel de l’épidémiologie en Amérique du Nord, des classifications et des facteurs pronostics, la description des études, l’étude commentée de la mortalité, et enfin la conclusion. L’étude du mélanome cutané a montré que les mélanomes sont assurables dès les premières années aux stades IA, IB, IIA et IIIA, aux stades IIB, IIC et IIIB après cinq ans et au stade IIIC après 15ans. L’étude du cancer broncho-pulmonaire a montré que le cancer à petites cellules n’est pas assurable et que les cancers broncho-pulmonaires non à petites cellules pourraient être assurables chez les moins de 65 ans aux stades IA à IIIA après dix ans, et chez les 65 ans et plus au stade IA dès les premières années, aux stades IB et IIA après cinq ans et aux stades IIB et IIIA après dix ans L’étude de la leucémie myéloïde chronique a montré l’assurabilité seulement des sujets de plus de 65 ans dès les premières années et des sujets de 60 à 65 ans après 5 ans. L’étude du lymphome de Hodgkin a montré que chez les sujets de moins de 45 ans le stade IA est assurable dès les premières années, les stades IB et IIA le sont après 5 ans et les stades IIB à IVA le sont après 10 ans. Les sujets de 45 à 64 ans aux stades IA et IIA sont assurables dès les premières années et autres stades après 5 ans. Les sujets de 65 ans et plus sont assurables dès les premières années aux stades IA à IIIA et après 5 ans aux autres stades. L’étude du cancer de l’endomètre montre qu’il n’est assurable les cinq premières années que pour le type I au stade I chez les femmes âgées de 45 ans et plus, au stade II chez les femmes de 55 ans et plus et au stade III chez les femmes de 65 ans et plus ; pour le type II au stade I chez les 65 ans et plus, et au stade II chez les 75 ans et plus ; et pour les tumeurs mullériennes malignes mixtes au stade I chez les 65 ans et plus.

Caractérisation du syndrome de chevauchement de l’asthme et de la maladie pulmonaire obstructive chronique

Maladies fréquentes, l’asthme touche 8,4% de la population canadienne âgée de 12 ans et plus et la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) touche de 5 à 15% de la population âgée entre 35 et 79 ans. L’asthme et la MPOC peuvent coexister chez un patient. Ce phénomène appelé syndrome de chevauchement de l’asthme et de la MPOC (ACOS) toucherait environ 10% à 55% des patients MPOC. Afin de mieux caractériser l’ACOS et les effets indésirables des médicaments utilisés pour traiter la MPOC, deux études ont été mises en place. Une première étude réalisée auprès de pneumologues a permis de décrire les méthodes de diagnostic, de traitement et d’évaluation de la maitrise de l’ACOS dans la pratique clinique. Les pneumologues rapportent que le diagnostic devrait être basé sur les caractéristiques cliniques, les tests de fonction pulmonaire et l'intuition clinique du médecin. De plus, un corticostéroïde inhalé en combinaison et un bronchodilatateur inhalé à longue durée d’action devraient être introduits rapidement dans le plan de traitement. La deuxième étude a permis d’évaluer la fréquence des effets indésirables chez les patients MPOC/ACOS traités avec un bronchodilatateur inhalé à longue durée d’action. Cette étude démontre que les effets indésirables sont fréquents chez les patients MPOC/ACOS et que la sécheresse buccale et la gorge sèche sont les plus rapportés. Ces résultats démontrent que la mise en place de lignes directrices pour l’ACOS ainsi qu’une meilleure connaissance du profil de tolérance des bronchodilatateurs inhalés à longue durée d’action seraient bénéfiques pour les patients