Venus climate database validation in the cloud region

Abstract

Venus’s atmosphere is one of the most intriguing one within the Solar System with mysterious features such as the retrograde super-rotation, composition ambiguities or complex polar vortexes. To better understand and to enhance the research of the atmosphere, several Venusian Global Circulation Models (GCMs) have been developed. These represent a very powerful tool that may have a decisive role on the unveiling of the main enigmas in Venus’s atmosphere and in future Venus’s research. Nonetheless, these models present some main challenges that are being progressively addressed and some reasonably good simulations have already been developed. One of these models is the one developed at the Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) in Paris. In addition to the GCM, the LMD group has developed a database compiling the results of several simulations called Venus Climate Database (VCD). The main aim of this thesis is to validate the VCD within the cloud region (40-75km) by comparing the atmospheric simulation results with real observational datasets from several space missions to Venus. The main variables that are validated in this work are temperature, winds, number density and composition. In general terms, VCD results are very consistent with the studied observational data, especially at low to mid latitudes (below 45). The main focus is therefore set on the main biases found in the VCD output, which are the shift of the modelled cold collar to higher latitudes and the poleward drift of the VCD zonal jet streams, both compared to the observational data. Additional inconsistencies can be found in the simulation of the atmospheric composition, which seem to be the most difficult to replicate. The validation has revealed some of the main discrepancies between the VCD and the observations, so that these flaws can be addressed and both the LMD model and the VCD improved.

La atmósfera de Venus es una de las más interesantes del Sistema Solar, albergando características difíciles de explicar como su super-rotación, ambigüedades en su composición o los complejos vórtices polares. Para tratar de entender mejor esta atmósfera y para potenciar su estudio, varios Modelos de Circulación General (GCMs por sus siglas en inglés) han sido desarrollados. Estos pueden llegar a jugar un papel decisivo a la hora de esclarecer todos los misterios de la atmósfera venusiana y ser determinantes en la futura investigación del planeta. Sin embargo, los diferentes modelos se topan con algunos desafíos que progresivamente van siendo superados, hasta la consecución de simulaciones razonablemente buenas en la actualidad. Uno de estos modelos es el elaborado en el parisino Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD). Unido a este GCM, el grupo ha desarrollado una base de datos, llamada Venus Climate Database (VCD), que compila los resultados de las diferentes simulaciones numéricas. El objetivo principal de este trabajo es validar la VCD en la región de las nubes (40-75km), comparando los datos obtenidos por medio de la simulación de la atmósfera de Venus con datos obtenidos por medio de las observaciones llevadas a cabo por varias de las diferentes misiones espaciales al planeta. Las cuatro variables principales que han sido validadas en esta tesis son temperatura, vientos, densidad numérica y composición. En términos generales, los resultados de la VCD son muy consistentes con los datos observacionales, especialmente en las latitudes bajas y medias (por debajo de 45). Siendo esto así, la validación se centrará en los principales sesgos encontrados en los resultados generados por la VCD: el desplazamiento en la simulación del cold collar a mayores latitudes y el deslizamiento de las corrientes en chorro del modelo hacia los polos, en comparación ambos con las observaciones. Algunas inconsistencias adicionales son detectadas en términos de composición atmosférica, que parece ser la parte más difícil de reproducir. La validación ha revelado algunas de las discrepancias más notorias entre la VCD y las observaciones, dando así pie a futuras mejoras en el modelo del LMD y por consiguiente en la VCD.