Numerical weather prediction (NWP) and climate models have shown to have a challenge to correctly simulate stable boundary layers and diurnal cycles. This aim of this study is to evaluate, describe and give suggestions for improvements of the descriptions of stable boundary layers in operational NWP models. Two papers are included. Paper I focuses on the description of the surface and the interactions between the surface and the boundary layer in COAMPSR, a regional NWP model. The soil parametrization showed to be of great importance to the structure of the boundary layer. Moreover, it showed also that a low frequency of radiation calculations caused a bias in received solar energy at the surface. In paper II, the focus is on the formulation of the turbulent transport in stable boundary layers. There, an implementation of a diffusion parametrization based on the amount of turbulent kinetic energy (TKE) is tested in a single column model (SCM) version of the global NWP model Integrated Forecast System (IFS). The TKE parametrization turned out to behave similarly as the currently operational diffusion parametrization in convective regimes and neutral regimes, but showed to be less diffusive in weakly stable and stable conditions. The formulations of diffusion also turned out to be very dependent on the length scale formulation. If the turbulence and the gradients of wind temperature and wind are weak, the magnitude of turbulence can enter an oscillating mode. This oscillation can be avoided with the use of a lower limit of the length scale. / Det har visat sig att det är en stor utmaning för numeriska väderprognosmodeller (NWP-modeller) att simulera stabilt skiktade atmosfäriska gränsskikt och gränsskiktets dygnscykel på ett korrekt sätt. Syftet med denna studien är att utvärdera, beskriva och ge förslag på förbättringar av beskrivningen av gränsskiktet i NWP-modeller. Studien innehåller två artiklar. Den första fokuserar på beskrivningen av markytan och interaktionen mellan marken och gränsskiktet i den regionala NWP-modellen COAMPS R . Det visade sig att beskrivningen av markytan har en signifikant inverkan på gränsskiktets struktur. Det framkom också att strålningsberäkningarna endast görs en gång i timmen vilket bland annat orsakar en bias i inkommande solinstrålning vid markytan. Den andra artikeln fokuserar på beskrivningen av den turbulenta transporten i stabila skiktade gränsskikt. En implemenering av en diffusionsparametrisering som bygger på turbulent kinetisk energy (TKE) testas i en endimensionell version av NWP-modellen Integrated Forecast System (IFS), utvecklat vid European Center for Medium Range Weather Forecasts (ECMWF). Den TKE-baserade diffussionsparametriseringen är likvärdigt med den nuvaran de operationella parametriseringen i neutrala och konvektiva gränsskikt, menär mindre diffusivt i stabila gränsskikt. Diffusionens intensitet är beroende påden turbulenta längdskalan. Vidare kan turbulensen i TKE-formuleringen hamna i ett oscillerande läge om turbulensen är svag samtidigt som temperatur- och vindgradienten är kraftig. Denna oscillation kan förhindras om längdskalans minsta tillåtna värde begränsas.

The study of past climate is important because it increases our understanding of how the climate system works. Past climate is often reconstructed by using proxies (that is observations of things that tell something about past climate, for example tree rings, pollen in lake sediments and fossils). Model simulations of past climate further increases the knowledge since it has the possibility to gap the space and time between the sparse and scattered proxy observations, since a model simulation gives relatively continuous information about the whole simulated area. Model simulations can also give internally coherent information about parameters that is not easily reconstructed from proxies (for example heat fluxes).  In this thesis two periods in the past are simulated by climate models: the Marine Isotope Stage 3 (MIS 3), 44 000 years ago, and the Last Glacial Maximum (LGM), 21 000 years ago. Both periods are characterised by low temperature, low sea level and low level of carbon dioxide. The topography in northern Europe is dominated by ice sheets covering Iceland, Norway and parts of Sweden at MIS3; and more extensive ice sheets covering Iceland, Scandinavia, the British Isles and Northern Germany at LGM. These periods are firstly simulated by a global climate model. Those simulations are subsequently used in a regional climate model to increase the level of detail over Europe. To make the regional climate model simulation more realistic vegetation simulated by a dynamical vegetation model is used in the regional climate model.   The climate models simulate European climates much colder than today, especially at LGM. The temperature differences ranges from 5 to 45 °C colder than today; the largest differences being at the ice sheets where the perennial ice cover and the high altitude keep temperatures low. Precipitation is reduced with as much as almost 100 % in northern Europe due to reduced evaporation. Precipitation is increased with as much as 100 % in parts of southern Europe due to changes in atmospheric circulation. The simulations are in broad agreement with proxies, although there are differences.  The vegetation model simulates tundra like vegetation (herbs and shrubs) in the ice-free parts of central and southern Europe. The eastern parts of Europe are dominated by needle-leaved trees. The short and cool summers limit vegetation. The simulated vegetation is in broad agreement with reconstructions. Sensitivity studies of vegetation show that changed vegetation can change the monthly mean temperature with 1-3 °C in some seasons and regions. The response depends on regional surface characteristics. Sensitivity studies of ice sheets show that the simulated climate is consistent with the assumptions about the ice sheet extent made in the simulation. The simulated climate is cold enough in northern Europe to support the ice sheet, and warm enough in southern Europe to prevent the ice sheet from expanding in this direction. A removal of the ice sheet would only have an effect on the local scale in the vicinity of the ice sheet, but this experiment did not include changes in the large-scale global atmospheric circulation.  Although the regional climate model simulations are to a large degree depending on the global climate model simulations they provide new information. When comparing proxies with model data or studying local/regional climatic features (such as the interplay between climate and vegetation) high horizontal resolution, as in the regional climate model, is important. / Studiet av klimat i det förgångna är viktigt eftersom det ökar vår förståelse för hur klimatsystemet fungerar. Förgånget klimat rekonstrueras ofta med hjälp av proxies (det vill säga observationer av saker som säger något om klimatet förr i tiden, till exempel trädringar, pollen i sjösediment och fossiler). Modellsimuleringar av förgånget klimat ökar kunskapen ytterligare eftersom det ger en möjlighet att fylla i luckorna, i tid och rum, mellan de glesa och spridda proxy-observationerna, eftersom en modellsimulering ger information om hela det simulerade området. Modellsimuleringar kan också ge information om parametrar som inte så lätt rekonstrueras från proxies (till exempel värmeflöden).   I denna avhandling simuleras med klimatmodeller två perioder i det förgångna: MIS 3 (Marine Isotope Stage 3), för 44 000 år sedan och LGM (Last Glacial Maximum), för 21 000 år sedan. Båda perioderna kännetecknas av låg temperatur, låg havsnivå och låg halt av koldioxid. Topografin i norra Europa domineras av istäcken som täcker Island, Norge och Sverige vid MIS 3; och istäcken över Island, Skandinavien, Brittiska öarna och norra Tyskland vid LGM. Dessa perioder simuleras först av en global klimatmodell. Simuleringarna används senare i en regional klimatmodell för att öka detaljgraden över Europa. För att göra den regionala klimatmodell-simuleringen mer realistisk så används i den regionala klimatmodellen vegetation som är simulerad av en dynamisk vegetationsmodell. Klimatmodellerna simulerar europeiska klimat som är mycket kallare än dagens, särskilt vid LGM. Temperaturdifferensen spänner från 5 till 45 °C kallare än idag; de största skillnaderna är vid istäckena där det ständiga istäcket och den höga altituden håller temperaturen nere. Nederbörden minskar med så mycket som nästan 100 % i norra Europa på grund av minskad avdunstning. Nederbörden ökar med så mycket som 100 % i delar av södra Europa på grund av förändringar i atmosfärens cirkulation. Simuleringarna stämmer i stora drag överens med proxies, även om det finns skillnader.  Vegetationsmodellen simulerar tundralik vegetation (örter och snår) i de isfria delarna av centrala och södra Europa. De östra delarna av Europa domineras av barrträd. De korta och kalla somrarna begränsar vegetationen. Den simulerade vegetationen stämmer i stora drag överens med rekonstruktionerna. Känslighetsstudier av vegetationen visar att förändrad vegetation kan förändra månadsmedeltemperaturen med 1-3 °C i vissa regioner och under vissa säsonger. Responsen beror på regionala egenskaper vid markytan. Känslighetsstudier av istäckena visar att det simulerade klimatet är förenligt med de antaganden av istäckenas utbredning som görs i simuleringen. Det simulerade klimatet är tillräckligt kallt i norra Europa för att göra ett istäcke möjligt, och tillräckligt varmt i södra Europa för att hindra istäcket från att växa i den riktningen. Om istäcket skulle tas bort skulle det bara ha en effekt på lokal skala i närheten av istäcket, men detta experiment innefattade inte förändringar i atmosfärens cirkulation. Även om de regionala klimatmodell-simuleringarna till stor del beror på de globala klimatmodell-simuleringarna så ger de ny information. Vid jämförelser av proxies och modelldata eller studier av lokala/regionala egenskaper hos klimatet (som växelverkan mellan klimat och vegetation) så är hög horisontell upplösning, som i en regional klimatmodell, viktigt.

Weather and climate models applied with sufficiently fine mesh grids to enable a large part of atmospheric deep convection to be explicitly resolved have shown a significantly improved representation of local, short-duration and intense precipitation events compared to coarser scale models. In this thesis, two studies are presented aimed at exploring the dependence of horizontal resolution and of parameterization of convection on the simulation of precipitation. The first examined the ability of HARMONIE Climate (HCLIM) regional climate model to reproduce the recent climate in Europe with two different horizontal resolutions, 15 and 6.25 km. The latter is part of the ”grey-zone” resolution interval corresponding to approximately 3-10 km. Particular focus has been given to rainfall and its spatial and temporal variability and other characteristics, for example intensity distributions. The model configuration with the higher resolution is much better at simulating days of large accumulated precipitation amounts, most evident when the comparison is made against high-resolution observations. Otherwise, the two simulations show similar skill, including the representation of the spatial structure of individual rainfall areas of primarily convective origin. The results suggest a ”scale-awareness” in HCLIM, which supports a central feature of the model’s description of deep convection as it is designed to operate independently of the horizontal resolution. In the second study, summer season precipitation over the Alps region, as simulated by HCLIM at different resolutions, is investigated. Similar model configurations as in the previous study were used, but in addition a simulation at the ”convection-permitting” 2 km resolution has been made over Central Europe. The latter considerably increases the realism compared to the former regarding the distribution and intensities of precipitation, as well as other important characteristics including the duration of rain spells, particularly on sub-daily time scales and for extreme events. The simulations with cumulus parameterization active underestimate short-duration heavy rainfall, and rainspells with low peak intensities are too persistent. Furthermore, even though the 6.25 km simulation generally reduces the biases seen in the 15 km run, definitive conclusions of the benefit of ”grey-zone” resolution is difficult to establish in context of the increased requirement of computer resources for the higher-resolution simulation.

Meteorological data from two observation sites in Uppsala, the Observatory Park (Op) andthe Geocentre (Gc), during the period January 1998 to September 2000, have been used tocheck the differences in the temperature climate at the two places. Since Op is situatedcloser to the city centre than Gc the site is thought to be more affected by the so calledurban heat island effect. Dependence on different meteorological parameters, time of theday and time of the year, has been investigated and different methods to correct thetemperature for the inhomogeneity that was introduced when the observation site wasmoved from the Observatory Park to the Geocentre. From the different methods investigated it is shown that to correct the temperaturesmeasured at the Geocentre to make them represent the conditions at the Observatory Parka division according to wind speed, wind direction, cloudiness and time of the year wasshown to be the most reliable method. But if it had been possible to divide the material alsointo hours of the day, this would probably have increased the reliability of the correction.For practical purposes a correction simply based on the monthly mean differences betweenthe two sites is probably accurate enough, as the most important factor is the annual cycle inthe temperature difference between the two urban sites. / Väderdata från två observationsplatser i Uppsala, Observatorieparken (Op) och Geocentrum(Gc), under perioden januari 1998 till september 2000, har använts för att undersökaskillnader i temperaturklimatet vid de två platserna. Eftersom Op ligger närmare stadenscentrum än Gc, anses platsen vara mer påverkad av den så kallade värmeöeffekten. Beroendeav olika meteorologiska parametrar, tid på dygnet och tid på året, har undersökts, samt olikametoder att korrigera för inhomogeniteten i temperaturen som introducerades dåobservationsplatsen flyttades från Observatorieparken till Geocentrum. Bland de olika metoder som undersökts för att korrigera de vid Geocentrum uppmättatemperaturerna så att de ska representera förhållandena vid Observatorieparken, visas enuppdelning med avseende på vindhastighet, vindriktning, molnighet och tid på året vara denmest pålitliga metoden, men hade det varit möjligt att dela in materialet även i tid på dygnet,skulle detta troligtvis ha ökat pålitligheten av korrektionen. För praktisk användning är enkorrektion baserad endast på de månatliga medelskillnaderna mellan de två platsernaantagligen tillräcklig, eftersom den viktigaste faktorn är den årliga cykeln itemperaturskillnaden mellan de två platserna.

För att ta reda på användbarheten av en specialkonstruerad lättviktsanemometer när det gälleratt beräkna turbulenta flöden, har mätdata från instrumentet använts i den så kallade inertialdissipationsmetoden. Resultatet har jämförts med direkta flödesberäkningar från enljudanemometer enligt turbulenta utbytesmetoden, vilka antas vara korrekta. Resultatanalyshar utförts från mätningar på höjderna 8, 16 och 20 m. Lättviktssanemometern (inertialdissipationsmetoden) visade sig stämma bra överens med ljudanemometern (turbulentautbytesmetoden) under nära neutrala förhållanden och vid höga vindhastigheter. Resultatenvisar ett inflytande av havsvågor och den bör därför användas vid uppbyggande sjö för attundvika detta. I rapporten presenteras en rekommendation med nödvändiga korrektioner föranvändning av lättviktsanemometern till turbulenta flödesberäkningar enligt inertialdissipationsmetoden. / In order to evaluate a combined cup anemometer/wind vane profile instrument, measurementsfrom the instrument has been used in the so called inertial-dissipation method to derive itsability to measure turbulent fluxes. The result was compared to data from a sonic anemometercalculated with eddy-correlation method, which is assumed to be correct. Analysis of theresult was made from measurements at levels 8, 16 and 20 m. The profile instrument (inertialdissipationmethod) agreed well with the sonic anemometer (eddy-correlation method) duringnear neutral conditions and at high wind speed. The profile instrument also proved to be mostaccurate at conditions of growing sea, otherwise the result was affected by waves. In thereport there is also a recommendation for specific corrections when the profile instrument isused for calculating turbulent fluxes according to the inertial-dissipation method.

In this study data from the regional climate model RCA1 is compared to measured data to investigate how good the model is during ice conditions and mainly how well the turbulent surface fluxes are described by the model. Comparisons of the sensible heat flux and the momentum flux as well as mean parameters are included. The measured data used are from the Bothnian Bay measured during the BASIS field experiment in February to March 1998. RCA1 (Rossby Centre regional Atmospheric model) is a regional climate model for Northern Europe based on HIRLAM and forced by ERA-40 data. Two different grid points of the RCA1 44 km grid have been chosen with geographical coordinates as close as possible to the two measuring sites. The first site is a small peninsula south of the town Umeå at the east coast of Sweden and the second one is the ship R/V Aranda anchored in the sea ice outside the Finnish west coast. The model presents generally too large negative (downward) sensible heat fluxes and too large momentum fluxes over ice. The largest difference between modelled and measured sensible heat fluxes are seen after warm front passages due to melting conditions. There are some uncertainties in the comparison of modelled fluxes and measured fluxes at Umeå due to a complex and varying ice cover around this measuring site. The vertical structure in the atmosphere has also been studied and modelled temperature, wind and humidity profiles were compared to radiosondes at the Umeå site. Two periods with on-ice flow and off-ice flow was analysed and one of the main differences was that for the on-ice situation an internal boundary layer was built up over the ice. Modelled profiles are generally smoother then measured profiles and inversions and other small-scale phenomena like low-level jets are almost never described correctly by the model but there are tendencies of the phenomena to occur. / Sammanfattning av ”En undersökning i hur bra den regionala klimatmodellen RCA1 beskriver olika parametrar över is, i huvudsak de turbulenta flödena”. I denna undersökning har den regionala klimatmodellen RCA1 jämförts med mätdata för att se hur bra modellen är över is och framförallt hur bra den beskriver de turbulenta flödena över is. RCA1 är en regional klimatmodell för norra Europa baserad på HIRLAM och som drivs av ERA-40 data. Modelldata har jämförts med mätdata från två platser i Bottenviken, en liten halvö utanför Umeå på den svenska östkusten och forskningsfartyget Aranda som var fastankrad i havsisen utanför Finlands västkust. Mätningarna gjordes under BASIS fältexperiment i februari till mars 1998. Modellen ger generellt för stora negativa (nedåtriktade) sensibla värmeflöden över is och likaså för stora impulsflöden över is. Den största skillnaden mellan modellvärden och mätningar förekom efter det att varmfronter passerat och detta beror delvis på smältförhållanden. I jämförelsen av de turbulenta flödena beräknade av RCA och de uppmäta turbulenta flödena från Umeå finns det vissa osäkerheter pga. den komplicerade issituationen runt denna mätplats med mycket varierande isförhållanden. Den vertikala strukturen i atmosfären har också undersökts och temperatur, vind och fuktighetsprofiler har jämförts. Två perioder varav en där det blåste från havet mot isen (on-ice) och en där det blåste från isen mot havet (off-ice) valdes ut och en av skillnaderna var att det bildades ett internt gränsskikt över isen i on-ice perioden. Modellen har en tendens att släta ut profilerna och småskaliga fenomen som inversionsskikt, inversionshöjder och low-level jets är nästan aldrig korrekt beskrivna i modellen men det finns tendenser till inversioner och vindmaximum.

The by SMHI (Swedish Meteorological and Hydrological Institute) developed snow cover product, that analyses snow cover from satellite images, needs to be validated. A reliable validation method should be developed and concentrated to verify the snow cover analyses from images emerged from the recently operative European MSG-satellite. The validation is done for Europe, and this first validation test to evaluate the validation method is only done for a couple of clear days in March 2004. The snow cover analyses from the MSG images, computed by the snow cover product, are compared to synoptic snow observations and to a similar snow cover product from the NOAA project NESDIS. Every grid point of the MSG analysis area and the reference NESDIS area has been given a snow classification, describing the local status of the snow cover. The synoptic classification is derived from snow depth reports, stored in SMHI database. The product (MSG) classification and the reference classification in every grid point has then been added to a table and presented for manual evaluation. The most exacting work is to prepare the validation data to be comparable. The preparation quality affects the results, especially at the comparison to the synoptic source where the snow cover classification is a delicate problem. The synoptic reference data has shown up to be far too sparse to be used for a serious validation. There are also problems with the interpretation of the snow reports. Using the NESDIS source as reference the result looks better and the validation method is probably reliable. Images of the snow cover from MSG and NESDIS sources have also been sketched and compared. This comparison shows that the snow cover differences might originate from the snow cover product. The temperature of the ground might affect the snow detection; the snow is not detected sufficiently when ground is cold. On the other hand high altitude clouds seems possibly generate false snow detection. From the image comparison could also be presumed that forest might hide the snow cover. A more complete validation is now needed to draw any definitive conclusions if the existing snow cover differences originate from the snow cover product or from the validation method. But the method seems to work. Synoptic source is not recommended to use as validation reference, but the snow cover scenes from NESDIS seems to be a reliable reference source and works well for the validation method. / En produkt för beräkning av snötäckningsgrad har utvecklats av SMHI (Sveriges meteorologiska och hydrologiska institut). Produkten analyserar snötäcke utifrån satellitbilder och en tillförlitlig metod att validera produkten ska utvecklas. Valideringen som sedan ska göras, koncentreras till att verifiera snötäckesanalyser utifrån den nyligen operativa Europeiska MSG-satellitens bilder. Valideringen görs för Europa, och denna första testvalidering för att utvärdera valideringsmetoden görs för ett fåtal dagar med klart väder under mars 2004. Produktens snötäckesanalyser från MSG-satellitens bilder jämförs med synoptiska snöobservationer tillika analyser från en liknande produkt från amerikanska NOAAs projekt NESDIS. MSG- och NESDIS-analysernas snötäckesinformation finns lagrat i ett snöklassificeringsfält motsvarande den geografiska arean (Europa), där alla gridpunkter har tilldelats en klassificering vilket beskriver den lokala statusen på snötäcket i punkten. Snötäckesklassificeringen för de synoptiska observationerna görs utifrån snödjupsrapporter lagrade i SMHIs databas. De olika värdena på MSG-klassificeringen och referensklassificeringen i varje punkt summeras och presenteras i en tabell för utvärdering. Det mest krävande jobbet är att förbehandla indatat från de olika källorna för att få det jämförbart. Kvalitéten på förarbetet påverkar resultatet, speciellt vid jämförelsen mot synoptiska data där snötäckesklassificeringen är komplicerad. Resultattabellen tenderar att visa på ett bra resultat, men produkten för snötäckesanalys verkar ha svårt att detektera snö tillfredställande. Den synoptiska referenskällan har visat sig innehålla alldeles för lite data för att kunna användas i en seriös validering. Det finns även vissa problem med tolkningen av snörapporterna från databasen. Med NESDIS-produktens analys som referens ser resultatet bättre ut och valideringsmetoden kan sannolikt betraktas som tillförlitlig. En jämförelse mellan kartbilder över de två källornas klassificeringar har visat att det är möjligt att avvikelserna i beskrivningen av snötäcket beror på produkten för snötäckesanalys. Produktens snödetektering ser ut att kunna påverkas av marktemperaturen, snön upptäcks inte tillräckligt bra då marken är kall. Även höga moln ser ut att kunna påverka snödetekteringen och ger i så fall falskt klassificeringen snö där det enligt referenskällan är barmark. Utifrån bildjämförelsen kan också antas att skog kan gömma snötäcket. En mer komplett validering krävs för att dra några definitiva slutsatser om skillnaderna i snötäckningsgrad beror på valideringsmetoden eller på produkten för snötäckesanalys. Men metoden ser ut att kunna fungera. Synoptiska observationer rekommenderas inte att använda som referens, men snötäckesanalyser från NESDIS-projektets produkt verkar vara en tillförlitlig referens och fungerar väl för valideringsmetoden.

A widely used dynamical core, PUMA (Portable University Model of the Atmosphere), is validated using the test case specifications introduced by Polvani et al. (2004). Dynamical cores are essential in every presently used AGCM (Atmospheric General Circulation Model), and deal with the dry, adiabatic primitive equations. The validation process is important in order to establish that the dynamical core is free from bugs, and thereby confirm the validity AGCMs. The test case proposed by Polvani et al. (2004) consists of a 12 day time-integrated slightly perturbed, baroclinically unstable, midlatitude jet, and is, together with derivations of the model equations, completely described in this M. Sc. thesis. The initial condition for the test case is implemented in PUMA, to a modification in order to carry out the same test case as in Polvani et al. (2004). The temperature and vorticity fields are presented and compared. The numerically converged solutions from PUMA are in strong accordance with the solutions from Polvani et al. (2004), despite different numerical schemes to solve the equations. This supports the validity and reliability for future studies with PUMA. / En torr, adiabatisk primitiv ekvationsmodell, PUMA (Portable University Model of the Atmosphere), valideras genom att jämföra dess lösningar med resultaten som presenterades av Polvani et al. (2004). Primitiva ekvationsmodeller är en viktig del i dagens allmänna cirkulationsmodeller. Valideringsprocessen är viktig för att fastslå att de primitiva ekvationsmodellerna fungerar utan buggar, och därigenom bekräfta att en viktig del av de allmänna cirkulationsmodellerna fungerar tillfredsställande. Initialtillståndet som presenterades av Polvani et al. (2004) består av en 12 dagars tids-integrerad, något perturberad, baroklint instabil polarjet. Initialtillståndet är, tillsammans med härledningarna av modellekvationerna, fullständigt beskriven i detta examensarbete. Initialtillståndet implementeras i PUMA, vilken har modifierats för att konstruera samma testspecifikationer som i Polvani et al. (2004). Temperatur- och virvlingsfälten presenteras och jämförs. De numeriskt konvergerade lösningarna från PUMA stämmer väl överrens med lösningarna från Polvani et al. (2004), trots att olika numeriska scheman använts för att lösa ekvationerna. Detta stödjer validiteten hos PUMA, vilket ökar tillförlitligheten i framtida studier med modellen.

Air quality forecasts are of great value since several pollutants in our environment effect both human health, global climate, vegetation, crop yields, animals, materials and acidification of forests and lakes. Air-quality forecasts help to make people aware of the presence and the quantity of pollutants, and give them a chance to protect themselves, their business and the Earth. Many different air-quality models are in daily use all over the world, providing citizens with forecasts of air quality and warnings of unhealthy air quality if recommended highest concentrations are exceeded. This study adapts the WRF meteorological model (Weather research and Forecasting model) to be a driver of the CMAQ air-quality model (models-3 Community Multiscale Air Quality model). Forecasts of ozone and nitrogen dioxide concentrations from this coupled WRF/CMAQ modelling system are tested against observed data during a four-day period in May, 2006. The Lower Fraser Valley study area is a fertile valley surrounded by mountain chains in southwest British Columbia, Canada. The valley stretches from the Pacific coast eastwards towards the Rocky Mountains. This valley hosts more than 2 million people and it is west Canada’s fastest growing region. The Lower Fraser Valley holds a big city, Vancouver, several suburbs, numerous industries and a widespread agricultural production. During the analysed four-day period in May, a synoptic high-pressure built over the region, favoring high concentrations of pollutants as ozone and nitrogen dioxide. The created WRF/CMAQ model forecasted an acceptable magnitude of nitrogen dioxide but the daily variations are not recreated properly by the model. The WRF/CMAQ model forecasts the daily variation of ozone in a satisfying way, but the forecasted concentrations are overestimated by between 20 and 30 ppb throughout the study. Factors that could contribute to the elevated ozone concentrations were investigated, and it was found that the weather forecasting model WRF was not generating fully reliable meteorological values, which in turn hurt the air-quality forecasts. As the WRF model usually is a good weather forecasting model, the short spin-up time for the model could be a probable cause for its poor performance. / Prognoser över luftkvaliteten är mycket värdefulla, då flera luftföroreningar i vår närmiljö påverkar människans hälsa, det globala klimatet, vegetation, djur, material och bidrar till försurning av skog och vattendrag. Luftkvalitetsprognoser gör människan mer medveten om närvaron av luftföroreningar och i vilken mängd de finns. De ger människan en chans att vidta skyddsåtgärder för att skydda sig själv, sitt eventuella levebröd, och Jorden. Många olika luftkvalitetsmodeller används idag dagligdags över hela världen och förser invånare med prognoser för luftkvaliteten och varningar om koncentrationerna av föroreningar överstiger rekommenderade värden. I denna studie används väderprognosmodellen WRF (Weather Research and Forecasting model) för att driva luftkvalitetsmodellen CMAQ (models-3 Community Multiscale Air Quality model). Prognoser av ozon- och kvävedioxidhalterna i luften från den kopplade WRF/CMAQ modellen analyseras mot observerade data under en fyra dagars period i maj, 2006. Studieområdet Lower Fraser Valley är en bördig dalgång som är omgiven av bergskedjor i sydvästra British Columbia, Kanada. Dalen sträcker sig från Stilla havskusten och österut mot Klippiga bergen. I denna dalgång bor mer än 2 miljoner människor och det är västra Kanadas snabbast växande region. Lower Fraser Valley rymmer en storstad, Vancouver, flera förorter, många industrier och även stora jordbruksområden. Den fyra dagars period i maj som analyseras karaktäriseras av ett högtrycksbetonat synoptiskt väderläge med lokala variationer, vilka tillsammans är gynnsamma för att uppmäta höga koncentrationer av luftföroreningar som ozon och kvävedioxid. Den skapade WRF/CMAQ modellen prognostiserar godtagbar magnitud hos kvävedioxid men den dagliga variationen återskapas inte av modellen. Modellen prognostiserar den dagliga variationen av ozonkoncentration på ett tillfredsställande sätt, men storleksmässigt ligger koncentrationerna en faktor 20-30 ppb för högt rakt av under hela studien. Kringliggande faktorer som kan påverka koncentrationen ozon studeras närmare och det framkommer att den meteorologiska prognosmodellen WRF inte genererar fullt tillförlitliga värden för en rättvisande luftkvalitetsprognos. Då WRF modellen vanligtvis är en bra prognosmodell kan den korta initialiseringstiden för modellen vara en trolig orsak till dess otillräckliga prestation.

The focus was to evaluate the Inertial Dissipation Method (IDM) over land duringunstable conditions. This was done by comparing the friction velocity, u*, from theeddy-correlation method (ECM) with u* from IDM. The result can be used to see ifIDM can rely on its assumptions, since the surface-layer theory is more fulfilled overland, where we for example do not have wave influence. The measurements weretaken from the flat agricultural site Marsta, 8 km north of Uppsala, Sweden. The result shows that IDM works well over land (relative standard deviation of about 10 %). For weakly unstable stratification, it is enough to use an assumption of neutralconditions in the IDM calculations. If it is more unstable, one should include theinfluence of stability and also include an imbalance term. The imbalance term isintroduced implicitly by varying the effective Kolmogorov’s constant with stability.The effective Kolmogorov’s constant used here, varied from 0.50 up to above 0.80. To calculate u* using IDM, a first estimation of u* was calculated from aparameterised drag coefficient CD. Also, to imitate the measuring setup on a movingplatform on the sea, the stability parameter, z/L, was calculated using a bulkestimatedheat flux. The large scatter showed that it is important that theparameterisations of CD and the heat flux are good. One can conclude that the IDM as a method to determine turbulent fluxes over landworks satisfactory. The larger scatter over sea is probably an effect of sea waveinfluence, even though the sea surface is considered more homogeneous and theconditions more stationary. / Syftet var att utvärdera inertial-dissipationsmetoden (IDM) över land under instabilaförhållanden. Detta gjordes genom att jämföra friktionshastigheten, u* , från eddycorrelation-metoden (ECM) med u* från IDM. Resultaten kan användas till att sehuruvida man kan använda de antaganden som IDM vilar på. Ytskiktsteorin ärtroligen mer uppfylld över land, eftersom det t.ex. inte finns något våginflytande.Mätningarna är gjorda i Marsta, som ligger i ett flackt jordbrukslandskap, 8 km norrom Uppsala. Resultatet visar att IDM fungerar tillfredställande över land (relativ standardavvikelseca 10 %). För svagt instabila förhållanden, räcker det med att anta neutral skiktning iIDM-beräkningarna. Om det är mer instabilt, bör man ta hänsyn till stabiliteten ochäven inkludera en obalansterm. Obalanstermen introduceras implicit genom att varieraden effektiva Kolmogorovkonstanten med stabiliteten. Den effektivaKolmogorovkonstanten som användes här, varierade från 0.5 till över 0.8. För att beräkna u* med hjälp av IDM, beräknades en första uppskattning av u* genom att använda en parametriserad ”drag-coefficient” CD. För att efterlikna demedel man har att tillgå på skepp och bojar i rörelse ute på havet, beräknadesstabilitetsparametern, z/L, med hjälp av ett bulkbestämt värmeflöde. Den storaspridningen av data visade att det är viktigt att parameteriseringen av CD samt värmeflödet är bra. Man kan dra slutsatsen att dissipationsmetoden fungerar tillfredsställande, som metodatt bestämma turbulenta flöden över land. Den större spridningen som man fått överhav är förmodligen en effekt av t.ex. vågor, trots att havsytan anses vara merhomogen och förhållandena mer stationära.