PAPRIKA WP4: MODELLING THE INTERACTION BETWEEN SNOWPACK, RADIATION, AND THE ABSORBING MATERIAL DEPOSITED IN THE SNOW Hans-Werner Jacobi (jacobi@lgge.obs.ujf-grenoble.fr) Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement LGGE CNRS / Université Joseph Fourier - Grenoble 1 PAPRIKA MEETING Bergamo, 13-14 December 2010 Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France Title

Conduction, diffusion, absorption SNOWPACK MODEL CROCUS Only input: Meteorological conditions Coordinates Exposition ATMOSPHERE Turbulent Fluxes Conduction, diffusion, absorption Radiative Fluxes WIND SNOW COVER ? Calculated Snow Profiles Fresh snow Snow metamorphism Run-off GROUND: geothermic flux FALL WINTER SPRING

CROCUS --> CROCUS --> CROCUS --> SNOWPACK MODEL CROCUS Input parameters Output parameters Snow physics (for each layer) Temperature Thickness Density Liquid water content Snow surface temperature Meteorological parameters (time step 1 hour) Air temperature Incoming IR radiation ( cloud cover) Incoming short-wave radiation in 3 bands (0.3-0.8, 0.8-1.5, 1.5-2.8 µm) Relative humidity Precipitation (rain and snow) Wind speed CROCUS --> CROCUS --> CROCUS --> Snow properties (for each layer) Snow type (dendricity and sphericity) Age Snow surface area Geographical parameters Latitude and longitude Altitude Inclination and exposition Shading by other mountains Budget (snowpack) Total height Run-off Latent and sensible heat flux Radiative flux (IR and short-wave) Albedo

Effect of BC in snow on albedo and melting Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France Effect of BC in snow on albedo and melting Incoming shortwave radiation Snow BC T Winter Spring Summer Albedo 1

 Albedo modeling in a 1-D snowpack model  ++ + Krinner et al., Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France Albedo modeling in a 1-D snowpack model Albedo calculation ALBEDO CALCULATION SNOW PHYSICS: CROCUS ATMOSPHERE 1. Snow age 2. Grain size 3. Wavelength STANDARD (Surface layer only!) RADIATIVE TRANSFER 1. Grain size 2. SWE 3. SZA 4. Soil albedo 5. Wavelength 6. BC and dust Incoming solar radiation Incoming IR radiation Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France ++  + Radiation Temperature Density Snow type Sensible / latent heat fluxes Rain Snow reflected Wind ++ SNOW COVER + - Conduction - Melting / freezing - Percolation - Settling - Metamorphism  GROUND Krinner et al., Clim.Dyn. 2006 Ground heat flux Run-off Brun et al., J.Glaciol. 1989, 1992

Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France Simulated albedo (300-800 nm) at Fairbanks 2003/04 with the standard CROCUS model or with radiation transfer

Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France Simulated snowpack heights at Fairbanks 2003/04 with the standard model or with radiation transfer

Behavior of BC in the (melting) snowpack? Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble, France Behavior of BC in the (melting) snowpack? Deposition: BC in fresh snow? Dry deposition velocities? Fate in the snow after deposition: Flushing-out with run-off? Accumulation at the surface during snow melt? Water solubility? Chemical reactivity?

CROCUS --> CROCUS --> CROCUS --> SNOWPACK MODEL CROCUS Input parameters Output parameters Snow physics (for each layer) Temperature Thickness Density Liquid water content Snow surface temperature Meteorological parameters (time step 1 hour) Air temperature Incoming IR radiation ( cloud cover) Incoming short-wave radiation in 3 bands (0.3-0.8, 0.8-1.5, 1.5-2.8 µm) Relative humidity Precipitation (rain and snow) Wind speed CROCUS --> CROCUS --> CROCUS --> Snow properties (for each layer) Snow type (dendricity and sphericity) Age Snow surface area Geographical parameters Latitude and longitude Altitude Inclination and exposition Shading by other mountains Budget (snowpack) Total height Run-off Latent and sensible heat flux Radiative flux (IR and short-wave) Albedo BC parameters Wet and dry deposition Wash-out

Modélisation du changement d’albédo lié au dépôt d’aérosols en Eurasie (5 ans de spin-up, résultats pour Mars 2009) Avec « Flushing » Concentration de carbone-suie dans la neige (µg/kg) Concentration de poussière minérale (µg/kg) Sans « Flushing »

Observations (Warren) Sans flushing, c'est plus réaliste pour BC ! Poussières minérales : peu d'observations Aérosols organiques : solubles, il faudra certainement du flushing (mais observation des organiques complexe; NB : l'observation du sulfate dans la neige montre de fortes vitesses de transit vertical dans le manteau neigeux.

Modélisation du changement d’albédo lié au dépôt d’aérosols en Eurasie (5 ans de spin-up, résultats pour Mars 2009) Albédo sans aérosols Albédo avec poussières minérales Albédo avec carbone-suie Albédo avec suie et poussières minérales