Comparisons of a chemical transport model with a four-year (April to September) analysis of fine- and coarse-mode aerosol optical depth retrievals over the Canadian Arctic

• Published in: Atmosphere-Ocean
• Main Authors: Hesaraki, Sareh, O'neill, Norman T., Lesins, Glen, Saha, Auromeet, Martin, Randall V., Fioletov, Vitali E., Baibakov, Konstantin, Abboud, Ihab
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: Taylor & Francis 2017
• Subjects: AERONET; aerosol optical depth; Arctic; chemical transport model; GEOS-Chem; Aerosol Robotic Network; Arctique*
• Online Access: https://doi.org/10.1080/07055900.2017.1356263; https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=c09204f2-fcda-4417-9173-415b0b6ed48f; https://nrc-publications.canada.ca/fra/voir/objet/?id=c09204f2-fcda-4417-9173-415b0b6ed48f

We compared April to September retrievals of total, fine-mode (sub-micron), and coarse-mode (super-micron) aerosol optical depth (AOD) from the Aerosol Robotic Network (AERONET) with simulations from a global three-dimensional chemical transport model, the Goddard Earth Observing System (GEOS-Chem), across five Arctic stations and a four-year sampling period. It was determined that the AOD histograms of both the retrievals and the simulations were better represented by a lognormal distribution and that the successful simulation of this empirical feature as well as its consequences (including a better model versus retrieval coefficient of determination in log-log AOD space) represented a general indicator of model evaluation success. Seasonal (monthly averaged) AOD retrievals were sensitive to the way in which the averaging was performed; this was ascribed to the presence of highly variable fine-mode smoke in the western Arctic. The retrieved and modelled station-by-station fine-mode AOD averages showed a peak in April/May that decreased over the summer, while the model underestimated the fine-mode AOD by an average of about 0.004 (∼6%). Both the retrievals and simulations showed seasonal coarse-mode AOD variations with a peak in April/May that was attributed to Asian and/or Saharan dust. The model's success in capturing such weak seasonal events helps to confirm the relevance of the separation of the fine and coarse modes and the general validity of model estimates in the Arctic. Nous comparons, pour avril à septembre, des données extraites d’épaisseur optique totale, et pour des particules fines (submicroniques) et grossières (microniques) avec des simulations issues d’un modèle global tridimensionnel de transport chimique, piloté par les données du Goddard Earth Observing System (GEOS-Chem). Les extractions proviennent du réseau Aerosol Robotic Network (AERONET). L’analyse porte sur cinq stations arctiques et repose sur une période d’échantillonnage de quatre ans. Nous avons déterminé que les histogrammes présentant les valeurs extraites et simulées de l’épaisseur optique des aérosols profitaient d’une courbe log-normale. La simulation fructueuse de cette caractéristique empirique, ainsi que ses conséquences (y compris un coefficient de détermination amélioré entre les données extraites et simulées de l’épaisseur optique des aérosols dans un espace log-log) s’avèrent un indicateur général de la réussite de l’évaluation du modèle. Les extractions d’épaisseur optique saisonnière (moyennes mensuelles) sont sensibles à la méthode de calcul de la moyenne. Ce phénomène est attribué à la présence, dans l’ouest de l’Arctique, de fumée composée de particules fines hautement variables. Les épaisseurs optiques moyennes extraites et simulées pour chaque station montrent un pic en avril/mai qui diminue au fil de l’été. Le modèle, quant à lui, sous-estime en moyenne d’environ 0,004 (∼6%) l’épaisseur optique des particules fines. Tant les extractions que les simulations montrent une variation saisonnière de l’épaisseur optique des particules grossières, avec un pic en avril/mai, qui est attribué à de la poussière venant de l’Asie ou du Sahara. La capacité du modèle à représenter des cas saisonniers si faibles permet de confirmer la pertinence de distinguer les particules fines des particules grossières, et la validité générale des estimations du modèle dans l’Arctique. Peer reviewed: Yes NRC publication: Yes