Development of a coupled blowing snow-atmospheric model and its applications

• Main Author: Yang, Jing
• Other Authors: Man K Yau (Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2010
• Subjects: Earth Sciences - Atmospheric Sciences; Arctic; Arctic Ocean; Tempêtes
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=95029

Blowing snow can occur over snow-covered surfaces in association with strong winds. Snow particles are lifted into the boundary layer where they are subject to sublimation and horizontal transport over long distances. The snow transport and in-transit sublimation processes affect the moisture and the snow mass budgets. The cooling effect of sublimation also affects the temperature in the boundary layer and thus may play a role in the dynamics of both the boundary layer and the larger scale synoptic flow. In this thesis, a coupled blowing snow-atmospheric model is developed and used to study the effects of blowing snow on the winter season Northern Hemisphere snow mass budget and anticyclogenesis. We first extended a one-dimensional double-moment blowing snow model (PIEKTUK-D) to a triple-moment version (PIEKTUK-T). The results of idealized experiments and real case simulations indicated that PIEKTUK-T predicts well the number concentration, mixing ratio, the shape parameter, and visibility in blowing snow. However, PIEKTUK-T cannot treat horizontal advection, lateral entrainment, and the interaction between blowing snow and the atmospheric boundary layer. To allow for the consideration of these effects, we next coupled PIEKTUK-T to an atmospheric mesoscale model (MC2). The coupled modeling system is applied to study the relative roles of blowing snow sublimation and transport, and surface sublimation on the snow mass budget. Over the three winter months in 2006-2007 in the northern hemisphere, blowing snow sublimation was found to return up to 50 mm Snow Water Equivalent (SWE) back to the atmosphere over the Arctic Ocean. On the other hand, the divergence of blowing snow transport typically accounts for only a few mm SWE in the snow mass budget. When the results are averaged over 10 degree latitudinal bands, it was found that surface sublimation tends to decrease with latitude, while blowing snow sublimation increases with latitude. Sublimation from La poudrerie est un phénomène observé sur les surfaces couvertes de neige lorsque le vent est fort. Les particules de neige sont soulevées dans la couche limite où elles peuvent sublimer ou être transportées sur de longues distances. Le transport de la neige et la sublimation affectent l'humidité de l'air et la quantité de neige au sol. L'effet refroidissant de la sublimation affecte aussi la température de la couche limite et peut ainsi modifier la dynamique de l'atmosphère non seulement localement mais aussi à grande échelle. Dans cette thèse, un modèle couplé d'atmosphère et de poudrerie a été développé afin d'étudier l'effet de la poudrerie sur le la génèse d'anticylones et sur le bilan total de neige de l'hemisphère nord en hiver. Dans un premier temps, on prolonge le modèle unidimentionnel de poudrerie PIEKTUK d'un shéma à double moments (PIEKTUK-D) à un shéma de triple moments (PIEKTUK-T). La procédure utilisée consiste à formuler des équations pour trois moments d'une distribution gamma de dimentions de particules. Ces trois moments sont: la concentration de particules totale, le ratio de mélange total et la réflectivité radar totale. Les résultats d'expériences effectuées dans un contexte idéalisé et réaliste suggèrent que PIEKTUK-T reproduit bien la concentration, le ratio de mélange, le paramètre de forme des particules et la visibilité. Le modèle reproduit aussi une loi de puissance entre la réflectivité radar et le coefficient d'extinction issue d'observvations durant les tempêtes de neige. Par contre, PIEKTUK-T n'a pu reproduire l'advection horizontale, l'entrainement latéral et l'intéraction entre la poudrerie et la couche limite. Afin de mieux représenter ces effets, on a ensuite couplé le modèle PIEKTUK-T au modèle atmosphérique MC2. Le modèle couplé a été utilisé pour étudier l'importance relative de la sublimation et du transport de poudrerie ainsi que la sublimation de$