Publications of Christoph Kittel
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See detailCoupling an atmospheric model to an ocean model to study air-ice-ocean interactions in Antarctica: challenges and applications
Kittel, Christoph ULiege

Conference (2017, November 17)

Interactions between atmosphere, ice sheet and ocean play a crucial role in the Antarctic climate. For example, sea-air exchanges in leads and polynyas can strengthen cyclonic activities by warming and ... [more ▼]

Interactions between atmosphere, ice sheet and ocean play a crucial role in the Antarctic climate. For example, sea-air exchanges in leads and polynyas can strengthen cyclonic activities by warming and water vapour loading of air masses while associated sea heat loss and brine rejection modify water density and contribute to the dense water formation. Due to the harsh weather conditions in Antarctica, climate and ocean models appear as suitable tools to complement the scarcity of observations and to study the Antarctic climate. Nonetheless, only few models are able to represent typical processes found at high latitudes such as katabatic winds, drifting snow for the atmosphere or sea ice formation, accretion and deformation for oceans. Furthermore, due to their high non-linearity, those processes are difficult to model as they occur at different spatial and temporal scales. Current models are often forced by outputs: atmospheric conditions are provided to ocean models and ocean models outputs are used as surface conditions in atmospheric models meaning air feedbacks on ocean (or inversely) are muted. One can think models should be coupled at each time steps to take into account instantaneous interactions. Nonetheless, this method involves (too) high computational costs. The main challenge of this coupling is to take into account air-ice-ocean interactions and the temporal scale of associated processes in order to define an appropriate coupling time step. We will present both ocean and ice-atmosphere processes relative to polar climates and the specificities of the two models as well as technical coupling aspects. [less ▲]

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See detailSensitivity of the Antarctic surface mass balance to oceanic perturbations
Kittel, Christoph ULiege

Scientific conference (2017, September 14)

Regional   climate   models   (RCMs)   are   suitable   numerical   tools   to   study   the   surface   mass balance (SMB ... [more ▼]

Regional   climate   models   (RCMs)   are   suitable   numerical   tools   to   study   the   surface   mass balance (SMB) of the wide polar ice sheets due to their high spatial resolution and polaradapted physics. Nonetheless, RCMs are driven at their boundaries and over the ocean by reanalysis or global climate model (GCM) products and are thus influenced by potential biases in these large­scale fields. These biases can be significant for both the atmosphere and the sea surface conditions (i.e. sea ice concentration and sea surface temperature). With the RCM MAR, a set of sensitivity experiments has been realized to assess the direct response of the SMB of the Antarctic ice sheet to oceanic perturbations. MAR is forced by ERA­Interim and anomalies based on mean GCM biases are introduced in sea surface conditions. Results show significant increases (decreases) of liquid and solid precipitation due to biases related to warm (cold) oceans. As precipitation is mainly caused by low­pressure systems that intrude into the continent and do not penetrate far inland, coastal areas are more sensitive than inland regions. Furthermore,  warm ocean representative  biases lead to anomalies as large  as  anomalies simulated by other RCMs or GCMs for the end of the 21st century. [less ▲]

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See detailReconstructions of the 1900–2015 Greenland ice sheet surface mass balance using the regional climate MAR model
Fettweis, Xavier ULiege; Box, Jason; Agosta, Cécile ULiege et al

in Cryosphere (2017), 11

With the aim of studying the recent Greenland ice sheet (GrIS) surface mass balance (SMB) decrease relative to the last century, we have forced the regional climate MAR (Modèle Atmosphérique Régional ... [more ▼]

With the aim of studying the recent Greenland ice sheet (GrIS) surface mass balance (SMB) decrease relative to the last century, we have forced the regional climate MAR (Modèle Atmosphérique Régional; version 3.5.2) model with the ERA-Interim (ECMWF Interim Re-Analysis; 1979–2015), ERA-40 (1958–2001), NCEP–NCARv1 (National Centers for Environmental Prediction–National Center for Atmospheric Research Reanalysis version 1; 1948–2015), NCEP–NCARv2 (1979–2015), JRA-55 (Japanese 55-year Reanalysis; 1958–2014), 20CRv2(c) (Twentieth Century Reanalysis version 2; 1900–2014) and ERA-20C (1900–2010) reanalyses. While all these forcing products are reanalyses that are assumed to represent the same climate, they produce significant differences in the MAR-simulated SMB over their common period. A temperature adjustment of +1 °C (respectively −1 °C) was, for example, needed at the MAR boundaries with ERA-20C (20CRv2) reanalysis, given that ERA-20C (20CRv2) is ∼ 1 °C colder (warmer) than ERA-Interim over Greenland during the period 1980–2010. Comparisons with daily PROMICE (Programme for Monitoring of the Greenland Ice Sheet) near-surface observations support these adjustments. Comparisons with SMB measurements, ice cores and satellite-derived melt extent reveal the most accurate forcing datasets for the simulation of the GrIS SMB to be ERA-Interim and NCEP–NCARv1. However, some biases remain in MAR, suggesting that some improvements are still needed in its cloudiness and radiative schemes as well as in the representation of the bare ice albedo. Results from all MAR simulations indicate that (i) the period 1961–1990, commonly chosen as a stable reference period for Greenland SMB and ice dynamics, is actually a period of anomalously positive SMB (∼ +40 Gt yr−1) compared to 1900–2010; (ii) SMB has decreased significantly after this reference period due to increasing and unprecedented melt reaching the highest rates in the 120-year common period; (iii) before 1960, both ERA-20C and 20CRv2-forced MAR simulations suggest a significant precipitation increase over 1900–1950, but this increase could be the result of an artefact in the reanalyses that are not well-enough constrained by observations during this period and (iv) since the 1980s, snowfall is quite stable after having reached a maximum in the 1970s. These MAR-based SMB and accumulation reconstructions are, however, quite similar to those from Box (2013) after 1930 and confirm that SMB was quite stable from the 1940s to the 1990s. Finally, only the ERA-20C-forced simulation suggests that SMB during the 1920–1930 warm period over Greenland was comparable to the SMB of the 2000s, due to both higher melt and lower precipitation than normal. [less ▲]

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See detailBilan de masse en surface à haute résolution sur le Groenland à l'aide du modèle MAR et d'une technique de régionalisation couplée
Kittel, Christoph ULiege

Scientific conference (2016, November 09)

Durant les vingt dernières années, l’inlandsis du Groenland a progressivement diminué en taille suite à une augmentation du ruissellement de l’eau de fonte en été sans compensation par une augmentation ... [more ▼]

Durant les vingt dernières années, l’inlandsis du Groenland a progressivement diminué en taille suite à une augmentation du ruissellement de l’eau de fonte en été sans compensation par une augmentation des précipitations. De plus, le taux de perte de la glace s’est aussi accéléré, ce qui a comme conséquence une élévation plus rapide du niveau général des mers et davantage d’eau douce rejetée dans l’océan. Les principales incertitudes lorsqu’on estime le bilan de mase en surface (BMS) de l’inlandsis du Groenland proviennent des marges où plusieurs processus particuliers ont lieu. Par exemple, la rétroaction de l’albédo de la neige et le regel de l’eau fondue en surface peut renforcer ou au contraire diminuer la fonte. De plus, les fortes pentes en bordure d’inlandsis sont responsables de la distribution spatiale des précipitations qui correspondent à l’accumulation de masse de l’inlandsis. En modélisation, cela signifie qu’il est nécessaire d’utiliser des modèles avec une (très) haute résolution pour résoudre ces caractéristiques, ce qui est très couteux en temps de calcul. C’est pourquoi cette étude présente l’évaluation d’une nouvelle méthode de régionalisation couplée dans le modèle MAR qui permet d’utiliser une grille à haute résolution dans le module de surface (SISVAT) couplé au module atmosphérique de MAR utilisant une résolution deux fois plus basse. La méthode corrige l’humidité spécifique et la température de proche-surface de MAR à l’aide d’un gradient d’altitude avant de forcer le module de surface. Des simulations ont été lancées avec deux résolutions différentes et sont forcées avec les réanalyses ERA-Interim sur la période allant de 1979 à 2014. La régionalisation couplée est évaluée par rapport à la base de données PROMICE et montrent de meilleurs résultats avec les observations de BMS sur l’inlandsis par rapport aux résultats de MAR dans sa version standard. La comparaison de la régionalisation couplée à une régionalisation a posteriori a révélé peu de différence significative sauf près de la ligne d’équilibre. Seule la méthode couplée permet de faire regeler entièrement l’eau fondue et la pluie en surface tandis que ce processus n’est qu’implicitement pris en compte dans la méthode a posteriori. Comparé à MAR dans sa version standard à résolution équivalente, les résultats régionalisés de façon couplée montrent une surestimation de l’accumulation au centre de l’inlandsis et une surestimation de l’ablation aux marges dus aux biais que la méthode implique sur les précipitations renforçant la rétroaction de l’albédo de la neige. En outre, les gradients de température sont légèrement trop importants entraînant plus de fonte. En conclusion, la méthode de régionalisation couplée doit encore être améliorée en intégrant une correction des précipitations. Pour ce qui est du couplage entre modèle de dynamique glaciaire à très haute résolution et modèle climatique à haute résolution, la méthode a posteriori reste suffisante. [less ▲]

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See detailVery high resolution surface mass balance over Greenland modeled by the regional climate model MAR with a downscaling technique
Kittel, Christoph ULiege; Lang, Charlotte; Agosta, Cécile ULiege et al

Poster (2016, April 20)

This study presents surface mass balance (SMB) results at 10 km resolution with the regional climate MAR model over the Greenland ice sheet. Here, we use the last MAR version (v3.6) where the land-ice ... [more ▼]

This study presents surface mass balance (SMB) results at 10 km resolution with the regional climate MAR model over the Greenland ice sheet. Here, we use the last MAR version (v3.6) where the land-ice module (SISVAT) using a high resolution grid (10km) for surface variables is fully coupled while the MAR atmospheric module running at a lower resolution of 20km. This online downscaling technique enables to correct near-surface temperature and humidity from MAR by a gradient based on elevation before forcing SISVAT. The 20 km precipitations are not corrected. Corrections are stronger over the ablation zone where topography presents more variations. The model has been force by ERA-Interim between 1979 and 2014. We will show the advantages of using an online SMB downscaling technique in respect to an offline downscaling extrapolation based on local SMB vertical gradients. Results at 10 km show a better agreement with the PROMICE surface mass balance data base than the extrapolated 20 km MAR SMB results. [less ▲]

Detailed reference viewed: 275 (41 ULiège)