NASA ARSET Snow Product Training MODIS Dust Radiative Forcing in Snow (MODDRFS) - Thomas H. Painter, Chris Mattmann NASA Jet Propulsion Laboratory ...

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NASA ARSET Snow Product Training MODIS Dust Radiative Forcing in Snow (MODDRFS) - Thomas H. Painter, Chris Mattmann NASA Jet Propulsion Laboratory ...
NASA ARSET Snow Product Training

 MODIS Dust Radiative Forcing in
      Snow (MODDRFS)
      Thomas H. Painter, Chris Mattmann
       NASA Jet Propulsion Laboratory
       California Institute of Technology
NASA ARSET Snow Product Training MODIS Dust Radiative Forcing in Snow (MODDRFS) - Thomas H. Painter, Chris Mattmann NASA Jet Propulsion Laboratory ...
Outline
1 Definitions
2 Light Absorbing Impurities in Snow and Ice
  (LAISI) – Dust and Black Carbon
3 Generation of Dust Radiative Forcing
4 MODIS Dust Radiative Forcing in Snow
  (MODDRFS) model and case study
  application
5 Case Study of Influence of Dust Radiative
  Forcing in Snow on Runoff Forecasting
NASA ARSET Snow Product Training MODIS Dust Radiative Forcing in Snow (MODDRFS) - Thomas H. Painter, Chris Mattmann NASA Jet Propulsion Laboratory ...
LIGHT ABSORBING IMPURITIES
IN SNOW AND ICE
NASA ARSET Snow Product Training MODIS Dust Radiative Forcing in Snow (MODDRFS) - Thomas H. Painter, Chris Mattmann NASA Jet Propulsion Laboratory ...
What is ‘radiative forcing’ from dust on snow?
Direct effect: Absorption of solar
irradiance by absorbing
impurities.                   1.0
                                                                       0       ppmw dust
                                                                       10
                                             0.8                       50

                           Spectral Albedo
                                                                       100
                                                                       250
                                             0.6                       500
                                                                       1000

                                             0.4

                                             0.2

                                             0.0
                                               0.4   0.6   0.8   1.0     1.2     1.4   1.6   1.8
                                                           Wavelength ( m)
NASA ARSET Snow Product Training MODIS Dust Radiative Forcing in Snow (MODDRFS) - Thomas H. Painter, Chris Mattmann NASA Jet Propulsion Laboratory ...
What is ‘radiative forcing’ from dust on snow?
Direct effect: Absorption of
solar irradiance by absorbing                         1.0
                                                                                      re = 50 m
impurities.
                                                                                      re = 100 m

                                    Spectral Albedo
                                                      0.8
                                                                                      re = 250 m
1st feedback: Enhanced                                0.6                             re = 1000 m
absorption by larger snow
grains - attributed to the direct                     0.4

effect.
                                                      0.2

                                                      0.0
                                                        0.4   0.6   0.8   1.0   1.2   1.4   1.6   1.8
                                                                    Wavelength ( m)
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What is ‘radiative forcing’ from dust on snow?
Direct effect: Absorption of solar
irradiance by absorbing                                1.0
impurities.
                                                       0.8                       snow

                                     Spectral Albedo
1st feedback: Enhanced                                 0.6
                                                                                       vegetation

                                                                                                soil
absorption by larger snow grains -
                                                       0.4
attributed to the direct effect.
                                                       0.2
2nd feedback: Enhanced
                                                       0.0
absorption of solar irradiance by                        0.4   0.6   0.8   1.0   1.2    1.4   1.6      1.8
                                                                       Wavelength ( m)
darker substrate, exposed earlier
because of direct effect and first
feedback.
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What controls snowmelt?
Energy for melting

Absorbed sunlight
                                 W/m2

                                           Senator Beck Basin, CO; Tmax 13-15 °C

 Elk Range, Colorado River Basin, April 2009
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The How of Dust Radiative Forcing
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Black Carbon
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Alaska glaciers
Antarctic Peninsula
Caucasus Mountains
Indian Himalaya

  MODIS True Color Image
Tien Shan, Kazakhstan

MODIS True Color Image
Summit of Mera Peak, Nepal looking south/southwest May 2009 (photo: S. Kaspari).
Kiang Co (lake sediments)
Conway and Overpeck, 2010

           Dasuopu Core
           Thompson et al, 2000
Summit of Mt Sneffels, San Juan Mountains, Colorado May 2009.

                                                               Post-disturbance

                                                               ------------------------1850AD

                                                               Pre-disturbance
CASE STUDY: THE MARTIAN
WINTER OF 2009 IN THE UPPER
COLORADO RIVER BASIN
Silverton, CO
April 3, 2009

                The “Martian Winter”
                      of 2009

                                       Photo courtesy Chris Landry
Goodwin-Greene Hut
near Aspen
April 3, 2009
near Goodwin-Greene Hut
April 4, 2009

                April 3

                          March 29

                              March 22
Senator Beck Basin: 3/22, 3/29, 4/3, 4/8, 4/15 layers – 2009

Below Treeline – April 22                Above Treeline – April 24
2008
2009
4 Planète                                                                                                                                                                                                                                        0123
                                                                                                                                                                                                                                         Vendredi 5 juin 2009

                          Energies vertes en vogue                                                           19 000 cas de grippe A                                            www.species.asu.edu
                          Les investissements mondiaux dans les énergies                                     Le virus A(H1N1) de la grippe a contaminé                         Le Top 10 des espècesdécouvertes en 2008,
                          vertes ont dépassé en 2008 ceux effectués dans                                     19 273 personnes dans 66 pays et fait 117 morts,                  établipar l’International Institute for Species
                          l’électricité issue d’énergies fossiles, atteignant                                selon le bilan de l’Organisation mondiale de la
                          le montant de 155 milliards de dollars (110 mil-
                                                                                                                                                                      Exploration, souligne notre méconnaissance du
                                                                                                             santé (OMS) publié mercredi 3 juin. La Bulgarie,
                          lions d’euros), selon un rapport du Programme                                      l’Egypte, le Liban et le Nicaragua font leur entrée      monde vivant avec humour : on y trouve un palmier
                          des Nations unies pour l’environnement (PNUE).                                     dans la liste des pays affectés par la maladie.          suicidaire, un hippocampe lilliputien, un insecte géant.

Un village s’empare du Grenelle de l’environnement
Les habitants de Verberie (Oise) dénoncent l’impact sur la biodiversité d’un projet de centrale électrique au gaz

Verberie (Oise)                           concurrent d’EDF depuis la libérali-     lier » : il se trouve à la frontière du       A Saint-Vaast-de-Longmont,           par le maire lors des élections                300 m du biocorridor. C’est pour-
Envoyée spéciale                          sation du marché de l’énergie, veut      parc naturel régional de l’Oise,          tout près de Verberie, David Long a      municipales de 2008.                           tant un membre du conseil scienti-
                                          construire une centrale thermique        créé pour préserver d’importants          été parmi les premiers à réagir, en          « Ce projet, c’est 80 emplois et           fique, Vincent Vignon, par ailleurs

Q      ue vaut la tranquillité de
       quelques cerfs face à un pro-
       jet de centrale électrique
                                          au gaz d’une puissance de
                                          800 mégawatts. Le site retenu :
                                          30 hectares situés sur le plateau
                                                                                   massifs forestiers, et d’une zone
                                                                                   classée Natura 2000 au niveau
                                                                                   européen. Surtout, et c’est là tout
                                                                                                                             créant l’association Pas de centra-
                                                                                                                             le ! Puis ont suivi Verberie et cinq
                                                                                                                             autresvillages, qui ont montéleurs
                                                                                                                                                                      plusieurs millions de recettes fisca-
                                                                                                                                                                      les par an. Il n’aura pas d’impact
                                                                                                                                                                      sur l’environnement, et seul un avis
                                                                                                                                                                                                                     directeur de l’Office de génie écolo-
                                                                                                                                                                                                                     gique, l’entreprise chargée par
                                                                                                                                                                                                                     Direct Energie de réaliser l’étude
représentant un investissement            agricole du Valois, que le maire de      l’objet de la discorde, il abrite l’un    propres associations. Celles-ci          contraire du ministère de la santé             d’impact environnementaldu pro-
de plus de 500 millions d’euros ? Il      Verberieconsentiraità convertiren        des derniers corridors écologiques        comptent au total près de                pourrait me faire changer d’avis »,            jet, qui avait plaidé le dossier.
y a quelques années, il aurait été        terrain industriel. L’usine, avec ses                                              900 adhérents. Le Regroupement           riposte M. Floury.                                Le conseil n’entend pas en res-
facile de répondre : pas grand-cho-
se. Aujourd’hui, au nom du Grenel-
                                          cheminées de 56 mètres de haut,
                                          occuperait environ sept hectares.
                                                                                   Le site choisi                            des organismes de sauvegarde de
                                                                                                                             l’Oise(ROSO), rassemblant70 asso-
                                                                                                                                                                          Dans les dossiers délicats, l’ad-
                                                                                                                                                                      ministration, qui est décisionnai-
                                                                                                                                                                                                                     ter là. « Nous avons décidé de nous
                                                                                                                                                                                                                     autosaisir, comme nous y autorise
le de l’environnement, des                   « Nous savons que nous som-           pour construire                           ciations locales, les soutient.          re, a coutume de solliciter l’avis du          la loi, afin d’envoyer un message
citoyens ordinaires se mobilisent
pour faire valoir des engagements
                                          mes dans un endroit particulier,
                                          mais les sites où une telle centrale
                                                                                   la centrale abrite                            « Ce projet industriel risque d’en
                                                                                                                             entraîner un autre, et il va défigu-
                                                                                                                                                                      conseil scientifique régional du
                                                                                                                                                                      patrimoine naturel, composé de
                                                                                                                                                                                                                     fort à l’administration et aux élus,
                                                                                                                                                                                                                     explique Xavier Commecy, son
qu’à leur manière ils ont fait leurs.     peut s’implanter sont très limités »,    l’un des derniers                         rer nos paysages. Cela va à contre-      professionnels ou de naturalistes              président. Le Grenelle s’est fixé
    C’estce qu’est en train d’appren-
dre à ses dépens Patrick Floury, le
                                          reconnaît Xavier Caitucoli, PDG de
                                          Direct Energie, qui met en avant la
                                                                                   corridors                                 courant du Grenelle », déplore Phi-
                                                                                                                             lippe Billebault, chef d’entreprise
                                                                                                                                                                      amateurs réputés pour leur
                                                                                                                                                                      connaissance des écosystèmes
                                                                                                                                                                                                                     pour objectif de recréer une trame
                                                                                                                                                                                                                     verte à l’échelle du pays. Il va falloir
maire d’une petite commune de             propreté des centrales au gaz par        écologiques de l’Oise                     et président de l’association Vivre      locaux. Dans le cas présent, le                rétablir de nombreux biocorridors
l’Oise, Verberie. Située dans la val-     rapport à celles à charbon, qu’elles                                               et agir à Verberie. Il vient de remet-   conseil de Picardie a été saisi deux           et dépenser beaucoup d’argent
lée de l’Automne, elle était jus-         sont censées remplacer dans le           de l’Oise, qui permettent à la gran-      tre à Patrick Floury une pétition        fois. En novembre 2008 puis en                 pour cela. Il serait aberrant de met-
qu’alors davantage réputée pour           cadre du programme des infras-           de faune, ici cervidés et sangliers,      réclamant l’organisation d’un réfé-      mai 2009, quand il a de nouveau                tre en péril le passage de Verberie »,
ses églises médiévales que pour           tructures énergétiques annoncé           de se déplacer d’un massif fores-         rendum, signée par 902 habitants         rendu un avis défavorable, malgré              explique-t-il. Le préfet de l’Oise
l’indocilité de ses habitants.            par le ministre de l’écologie, Jean-     tier à un autre. Ces biocorridors         inscrits sur les listes électorales –    les aménagements introduits par                devrait rendre sa décision d’ici à
    Le projet a été révélé en septem-     Louis Borloo, mercredi 3 juin.           sont un des maillons indispensa-          soit davantage, fait-il remarquer,       Direct Energie, consistant à bâtir             quelques semaines.p
bre 2008. Direct Energie, jeune              L’endroit est, en effet, « particu-   bles pour préserver la biodiversité.      que le nombre de voix recueillies        l’usine non plus à 100 m mais à                                  Laurence Caramel

Les centrales électriques
au gaz, priorité d’ici 2020               Jean-Louis Borloo annonce « une triple révolution énergétique »
Centrales thermiques Celles
fonctionnant au gaz naturel sont          ÉCONOMIES d’énergie, énergies            ront 23 % de notre production en          gie, économies d’énergie, écono-         aujourd’hui, avec un objectif de               fermer, près de vingt centrales à
surtout destinées à assurer l’ap-         renouvelables, maintien du parc          2020, et par la réduction des émis-       mies d’énergie, et développement         25 000 pour 2020), solaire                     gaz pourraient être construites,
provisionnement au moment des             nucléaire : le ministre de l’écolo-      sions de gaz à effet de serre de plus     très puissant des énergies renouve-      (5 500 MW en 2020) – « On n’avait              tandis que des terminaux métha-
pics de consommation. Elles doi-          gie, Jean-Louis Borloo, a présenté       de 20 % d’ici à 2020. »                   lables », a martelé Jean-Louis Bor-      pas prévu le délire actuel : il y a            niers seraient installés.
vent être construites près d’un           ce triptyque comme la nouvelle               Le ministre a aussi indiqué           loo, qui estime que la consomma-         chaque mois plus de 5 000 deman-                  Le ministre n’a pas su évaluer le
cours d’eau, pour refroidir les tur-      politique énergétique de la Fran-        qu’« il n’y avait pas de nécessité »      tion d’énergie passerait de 177 mil-     des de raccordement d’installa-                coût global d’investissement repré-
bines, d’un gazoduc et d’une ligne        ce, à l’occasion de la publication       à un troisième réacteur nucléaire         lions de tonnes équivalent pétrole       tions solaires au réseau », affirme            senté par l’ensemble des objectifs
d’électricité à haute tension.            de la programmation pluriannuel-         EPR – après ceux de Flamanville           (Mtep) en 2005 à 167 Mtep en             le ministre –, bois, géothermie,               du PPI. Il a aussi reconnu qu’il y
                                          le des investissements (PPI), le         (Manche), en construction, et de          2020. Cette diminution de 6 %            biogaz, énergies marines… Bois et              avait un « problème d’acceptabili-
Gaz carbonique Moins émettri-             mercredi 3 juin. « Nous entrons          Penly (Seine-Maritime), annoncé           serait surtout due aux mesures           biomasse devraient en représen-                té » de nombreux projets : centra-
ces que les centrales à charbon,          dans une triple révolution énergé-       par Nicolas Sarkozy – du fait que         d’efficacité énergétique dans le         ter une part importante, de l’or-              les thermiques, terminaux métha-
les centrales thermiques au gaz           tique, a-t-il déclaré, par l’organisa-   la consommation d’électricité             bâtiment mises en place à la suite       dre de 15 Mtep en 2020, surtout                niers, parcs éoliens soulèvent sou-
restent, à l’horizon 2020, une des        tion d’une décroissance inédite de       devrait rester stable dans les dix        du Grenelle de l’environnement.          dans la production de chaleur.                 vent une opposition locale forte,
options majeures du gouverne-             la consommation, par l’évolution         prochaines années.                           Les énergies renouvelables               Mais le PPI prévoit aussi que si            au nom de l’atteinte aux paysages
ment pour assurer l’approvision-          du “mix” énergétique vers les éner-          « La révolution énergétique           devraient continuer à se dévelop-        les centrales thermiques au char-              ou de la pollution générée.p
nement énergétique du pays.               gies renouvelables, qui représente-      française, c’est économies d’éner-        per : éolien (3 400 mégawatts            bon les plus polluantes devront                                       Hervé Kempf

La fonte accélérée des neiges                                                                                                                                                                                        Forêts Bruxelles donne
                                                                                                                                                                                                                     son feu vert au plan d’aide
                                                                                                                                                                                                                     français à la filière bois
de l’Ouest américain                                                                                                                                                                                                 La Commission européenne a
                                                                                                                                                                                                                     autorisé, mercredi 3 juin à Bruxel-

inquiète les agriculteurs                                                                                                                                                                                            les, une enveloppe de 791 millions
                                                                                                                                                                                                                     d’euros d’aides prévues par la
                                                                                                                                                                                                                     France en faveur des profession-
Le phénomène, provoqué par des tempêtes                                                                                                                                                                              nels du bois victimes de la tempê-
                                                                                                                                                                                                                     te Klaus du 24 janvier, notam-
de poussière, menace l’irrigation des cultures                                                                                                                                                                       ment dans le massif des Landes,
                                                                                                                                                                                                                     particulièrement touché.
                                                                                                                                                                                                                     Le plan du gouvernement fran-
Los Angeles                               glant le rythme de l’écoulement                                                                                                                                            çais, jugé insuffisant par les sylvi-
Correspondance                            vers les cours d’eau et modifiant                                                                                                                                          culteurs, prévoit, entre autres,
                                          les volumes d’eau disponibles                                                                                                                                              une aide au nettoyage et à la

D
        epuis ce printemps, la nei-       pour l’irrigation.                                                                                                                                                         reconstitution des forêts sinis-
        ge qui recouvre les monta-           Car la neige blanche réfléchit le                                                                                                                                       trées pour 415 millions d’euros,
        gnes Rocheuses a pris la          rayonnement du soleil tandis que                                                                                                                                           un soutien au transport et au stoc-
couleur ocre de la poussière et du        la couche de poussière ocre absor-                                                                                                                                         kage du bois (364 millions) et une
sable balayés par les tempêtes de         be l’énergie solaire, entraînant                                                                                                                                           aide à la réouverture des routes et
vent des plaines désertiques voisi-       une fonte des neiges rapide et pré-                                                                                                                                        des pistes forestières (6 millions
nes de l’Arizona, de l’Utah et du         maturée. Cette année, le dégel a                                                                                                                                           d’euros).
Nouveau-Mexique… De loin, les             ainsi été avancé d’environ trente-                                                                                                                                         La semaine dernière, José Manuel
images de cimes neigeuses virant          cinq jours, avec une fonte qui s’est     La couche de poussière ocre déposée sur les neiges des montagnes Rocheuses, dans                                                  Barroso, le président de la Com-
au rose sont saisissantes, mais pas       terminée vers le 10 avril pour une       le Colorado, absorbe l’énergie solaire et entraîne une fonte rapide et prématurée. MCKENZIE SKILES                                mission européenne, avait par
vraiment du goût des skieurs.             neige qui tenait habituellement                                                                                                                                            ailleurs annoncé le déblocage de
    Pour plaire à leur clientèle, cer-    jusqu’au 15 mai. Certains som-           avant les récoltes d’été. Ce boule-       mais seulement trois en 2003. « Le       lement désertique et aride, sort               109,4 millions d’euros prélevés
taines stations de ski du Colorado        mets, normalement blancs à la            versement du calendrier de la fon-        phénomène est très fort cette            d’un cycle de cinquante années                 sur un Fonds européen de solidari-
doivent désormais nettoyer leurs          mi-mai, sont totalement dénudés.         te des neiges pourrait donc accélé-       année, constate Jason Neff, géolo-       anormalement humides.p                         té actionné en cas de catastrophe
pistes « sales » avec de la neige arti-      Ce phénomène a provisoire-            rer la sécheresse observée actuelle-      gue à l’université de Colorado, à                       Claudine Mulard                 naturelle. – (Corresp.)
ficielle. Et les agriculteurs, dont       ment saturé les réserves en eau,         ment dans l’Ouest américain.              Boulder. Il se passe quelque chose,
l’alimentation en eau dépend de la        mais les agriculteurs et les éle-                                                  mais nous ne savons pas exacte-
fonte progressive des neiges, s’in-       veurs craignent d’en manquer             Douze « bols de poussière »               ment quoi ! L’étude de l’impact des
quiètent : la poussière qui s’est         avant la fin de saison car – par            Les tempêtes de poussière sont         tempêtes depoussière surl’environ-
déposée sur la couche de neige et         contrecoup – les cours d’eau ris-        un phénomène climatique cou-              nement est récente. »
de glace en accélère la fonte, déré-      quent de se trouver à sec bien           rant dans les plaines arides de              Des dépôts de poussière aux                                      T/ 01 49 04 01 85, F/ 01 43 33 51 36, annonces@osp.fr
                                                                                   l’Ouest, qui leur a valu le surnom        effets comparables sur le cycle de

                                                                                                                                                                      75
                                                                                   de dust bowl (« bol de poussière »)       l’eau ont été observés récemment
                                                   CANADA                                                                                                                         Vente aux Enchères Publiques, au Palais de Justice de Paris, 4 bd du Palais
                                                                                   depuis les années 1930. On avait          en Asie, sur les sommets de l’Hi-
                                                                                                                                                                                                le jeudi 9 juillet 2009 à 14h30
                                                                                   enregistré à l’époque un pic de pol-      malaya, et en Afrique, sur le Kili-
                                                                                                                                                                                        Local d’habitation à Paris 15ème
               M OC
                                                                                   lutionatmosphérique dû à la pous-         mandjaro.
                O HE
                R

                                                                                                                                                                                        30 bis à 34, avenue de Suffren
                  N
                                                                                   sière, phénomène alors attribué à            Certains experts de l’US Geolo-
                    TA U S

                                                                                   l’érosion des terres par une exploi-      gical Survey estiment que le                          de 42,50 m2, Bât. L, comprenant au Rdc : séjour, en mezzanine :
                      G ES
                       N

                                          12 tempêtes                                                                                                                          salle à manger, cuisine, au 1er étage : chambre, salle de bains avec w.c.
                         ES

                                                                                   tationagricole excessive et immor-        réchauffement climatique pour-
                UTAH                                                                                                                                                            Ces 3 niveaux communiquent par un escalier particulier - Avec Jardin
                       COLORADO           de poussière                             talisé par John Steinbeck dans Les        rait aggraver l’aridité et l’érosion
                                           en 2009                                 Raisins de la colère.                     des sols, et que l’Ouest américain                                  Mise à Prix : 160.000 d
               ARIZONA                                            OCÉAN
                         NOUVEAU                                                      Cette année, douze tempêtes de         pourrait connaître, d’ici à 2050,                       S’adresser à Maître Alain Léopold STIBBE, Avocat à Paris 8ème
                         MEXIQUE                                ATLANTIQUE                                                                                                        40, rue de Monceau, Tél. : 01.45.63.55.55 - Au Greffe du Juge de
                                                                                   poussière ont soufflé dans la             un nouveau phénomène de dust
  OCÉAN                                                                                                                                                                         l’Exécution (Greffe des Criées) du TGI de Paris (Tél. 01.44.32.50.50),
 PACIFIQUE                                                                         région, qui avait enregistré une          bowl, d’une amplitude similaire à                    où le cahier des conditions de vente n° 09/00079 peut être consulté
                                           Golfe du                   400 km       moyenne annuelle de huit tempê-           celle des années de la Grande                                  Visite sur place le Jeudi 25 juin 2009 de 11h à 12h
                        MEXIQUE            Mexique                                 tes les trois années précédentes,         Dépression. Cette région, norma-
DUST SOURCES
Dust Sources Are Regional

              Aqua-MODIS true-color, May 22, 2010
Dust Sources Are Regional

                Great Salt Lake

     Dust
     Plumes

              Dust
              Point
              Sources

Great Basin
                    Images courtesy Steve Miller, CIRA
Crust disturbance is the key

          Disturbed
          Undisturbed

• Desert surfaces are commonly armored by crusts
• Most surfaces have very low dust emissions until
  crusts are disturbed
• When disturbed, sediment production increases
  by up to 550 times
                             Courtesy Jayne Belnap (USGS)
Skiles et al 2012 WRR
Increases in dust loading and radia`ve
forcing in the Upper Colorado River Basin
has led to:
               3 week earlier peak runoff
          3-8% annual loss of total runoff

          Runoff at Lee’s          Current
          Ferry, Arizona
          on the                  Before
          Colorado River          disturbance
Controls on the interannual variability of the
       snowmelt runoff hydrograph?
Steepness of rising limb

TEMPERATURE 2005-2010   ALBEDO 2005-2010

                         Painter et al (in prepara`on)
Satellites providing Snow Products
   Satellite                      Sensors                         Quan==es
      Terra          MODerate Resolution Imaging           •   Snow covered area
                       Spectroradiometer (MODIS)           •   Snow albedo
                                                           •   Snow grain size
                     500 m spatial resolution              •   Dust/BC radiative
                     ~daily temporal resolution                forcing
      Aqua           MODerate Resolution Imaging           •   Snow covered area
                     Spectroradiometer (MODIS)             •   Snow albedo
                                                           •   Snow grain size
                     500 m spatial resolution              •   Dust/BC radiative
                     ~daily temporal resolution                forcing
    NPOESS           Visible Infrared Imaging Radiometer   •   Snow covered area
   Preparatory            Suite (VIIRS)                    •   Snow albedo
  Project (NPP)                                            •   Snow grain size
     - Suomi         750m spatial resolution               •   Dust/BC radiative
                     ~daily temporal resolution                forcing
  Landsat Data       Operational Land Imager (OLI)         •   Snow covered area
Continuity Mission                                         •   Snow albedo
     (LDCM)          30 m spatial resolution               •   Snow grain size
(launch February     16-day temporal resolution            •   Dust/BC radiative
      2013)                                                    forcing
MODIS DUST RADIATIVE FORCING
IN SNOW (MODDRFS) MODEL
How well do we know the radia`ve forcings and
         impact on snowmelt runoff?

         Not well and almost
              nowhere.
MODDRFS
     MODIS Dust Radiative
       Forcing in Snow
       Determine clean snow spectrum

With DEM, determine local illumina`on geometry

             and local illumina`on

      and radia`ve forcing at 500 m scale

  Painter et al GRL 2012a
MODDRFS concept

    1.0
  MODIS measured spectrum
                                                                    Incoming irradiance
                                                                  Incomming    irradiance
1.0 0.8        Modeled

                                       Measured             2.0
Spectral Albedo

 .5 0.6                                                     1.5
                                                            1.0
                  0.4
     0                                                       .5
   350
     0.2 780 1210 1640 2010 2500                              0
                                                             350 780 1210 1640 2010 2500
                  0.0
                    0.4   0.6   0.8 1.0 1.2 1.4 1.6   1.8
                                 Wavelength ( m)
Satellite Derived versus Tower Measurements of
                        Wyoming
                                    Dust Forcing
                                                       Senator Beck Basin Study Area
                                                       MODDRFS retrievals < 30° sensor zenith vs. SBBSA
                                                       retrievals at time of MODIS overpass.
                                                               400                                                     400

                                                                                         Bias Corrected W m-2
                                             MODDRFS W m-2
  er

                                                               300                                                     300
iv

                                                               200                                                     200

                                                               100                                                     100

                                                                 0                                                       0
                              Colorado                            0    100 200 300 400
                                                                        Tower W m-2
                                                                                                                          0   100 200 300 400
                                                                                                                               Tower W m-2
                            New Mexico                         100                                                     100

                                                                                          Bias corrected error W m-2
                                         Error MODDRFS W m-2

                                                                50                                                      50

                                                                 0                                                       0

                                                                -50                                                    -50

                                                               -100                                               -100
                                                                   0   100 200 300 400                                0       100 200 300 400
       Painter et al 2012                                              Tower W m-2                                            Tower W m-2
MODDRFS Dust Radiative Forcing   Colorado River Basin, Western US
Hindu Kush-Himalaya MODDRFS
Impact of dust radiative forcing in snow on accuracy of operational runoff forecasting in the
Upper Colorado River Basin
Ann C. Bryant1*, Thomas H. Painter2, Jeffrey S. Deems3,4 , and Stacie M. Bender5
1 Department of Geography, University of Utah, Salt Lake City, UT
2 Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA
3National Snow and Ice Data Center, Boulder, CO
4NOAA Western Water Assessment, Boulder, CO
5NOAA/National Weather Service Colorado Basin River Forecast Center, Salt Lake City, UT

CASE STUDY OF MODDRFS
APPLICATION
• The Colorado Basin River
  Forecast Center produces
  operational streamflow
  forecasts using the coupled
  S N OW- 1 7 / S AC - S M A
  model.
• Temperature index-based
  are the central component
  of hydrologic forecasting
  systems when snowmelt is
  the dominant influence on
  streamflow (Franz et al.,
  2008)
• This research characterizes the SNOW-17 / SAC-
  SMA error between 2000 – 2010 for 4 forecast
  gauges in southwestern Colorado and uses
  traditional error indices and graphical analysis to
  demonstrate how it is related to dust forcing.
1500
       Under

2010
       Over
                                      0
                                      1500         SNOW-17 / SAC-SMA

2009
                                                   underestimates streamflow
                                      0
                                      1500         in years with heavy dust
2008
                                                   loading to the snowpack.
                                      0
                                      1500
2007

                                      0
                                      1500
2006

                                             CFS
                                      0
                                      1500
2005

                                      0
                                      1500
2004

                                      0
                                      1500
2003

                                      0
                                      1500
2002

                                      0
                                                   Observed and simulated streamflow:
2001

                                                     Uncompahgre above Ridgeway
                                      0
                                      1500         March 1st – August 1st, 2000 - 2010
2000

                                      0

March          April   May   June   July
We compared mean melt period
      dust forcing to:
                                8 days earlier
   Y1 - Snowmelt Pulse Δ
   Y2 - Center of Mass Δ**
   Y3 - Snowmelt Duration Δ
   Y4 - Percent Bias**
   Y4 - Relative Mean Error**

   ** significant at α=0.01

                                                 38 %
110 ° 0'0" W
                                                                             a.

                                                           Wyoming
42 ° 0'0" N

40 ° 0'0" N
                    Utah
                                                                      LFGC
                                                                  Upper+Gunnison
                                                           UCRC
                                                        Uncompahgre
                                                                           Colorado

                                                 r
                                              ve
                                           Ri
                                          o
                                     ad
38 ° 0'0" N

                                     or
                                 ol
                                C
                                              DRRC
                                              Dolores           DRGC
                                                                Animas+

36 ° 0'0" N
                      Arizona                                          New Mexico

                4000 melt pulse                                       b.
              cfs

                      center of
                        mass
                     cumulative
                2000 departure

                      0
                                                                             -2000

                                                                                     cfs
                                                                             -4000
                           0    50        100        150    200       250
                                              Day of Year
Pbi
                                                                                                                             0

                                                                                       %Overforecast
                          Across the EOS record 2000-2012
                                                                                                                                                   PBIAS = .80MPDF - 34.9
                                                                                                             -20
                                                                                                                                                          1 = .8 ± .2
                                                                                                                                                       0 = -34.9 ± 11.2

                                                                                                                                                                      a
                                                                                                            -40
                                                                                                              0                     20       40      60      80           100
                                                                                                                                  Melt Period Dust Forcing (W m-2 )
                          60
                                 = Animas                                                                                                          CMD = -.15MPDF + 6.8
                                 = Dolores                                                                                                             1 = -.15 ± .05

                                                                                               Days Later
                                 = Uncompahgre                                                                                                         0 = 6.8 ± 2.7
                                                                                                                             5
        % Underforecast

                          40     = Upper Gunnison

                          20
                                                                                                                             0

                                                                                               Days Earlier Center of Mass
                                                                                  CMD
Pbias

                             0
        %Overforecast

                                                                                                                             -5
                                                    PBIAS = .80MPDF - 34.9
                          -20
                                                           1 = .8 ± .2
                                                        0 = -34.9 ± 11.2

                                                                       a                                                                                              b
                          -40                                                                                -10
                            0       20       40      60      80            100                                 0                    20       40      60      80           100
                                  Melt Period Dust Forcing (W m-2 )                                                               Melt Period Dust Forcing (W m-2 )

                                                    CMD = -.15MPDF + 6.8                                          20
                                                                                                                                                    SPD = -.13MPDF + 5.0

                          Percent bias in forecast      1 = -.15 ± .05
                                                                                                                                    Center of Mass
                Days Later

                                                                                                                                                        1 = -.13 ± .12
                                                                                        Days Later Pulse

                                                        0 = 6.8 ± 2.7
                           5                                                                                                                             0 = 5.0 ± 6.3

                                                                                                                  10

                             0
                ss
Summary
• Absorbed sunlight controls snowmelt
• In some settings dust absorption of sunlight
  exceeds warming in acceleration of snowmelt
• Dust radiative forcing in snow is a global
  phenomenon
• MODDRFS provides the first retrieval of
  radiative forcing by LAI in snow
• MODDRFS retrievals can improve climate and
  water science as well as operational forecasts
Next week
• Processing of MODSCAG, MODDRFS
  products at NASA JPL
• Use of the JPL Snow Data Server
• Accessibility of products
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