3-STEP ALBEDO OPTIMIZATION

ORCHIDEE simulation configuration :

• Model : ORCHIDEE 2.2
• Forcing : CRUJRA v2 (0.5°)
• PFT maps : ESA CCI LC (1992-2018) aggregated to 0.25° with the old CWT "ESA -> Generic" and the new CWT "Generic -> ORCHIDEE"
• Period : 1992-2018 (with 10Y-spinup using fixed PFT map for 1992)
• Used in optimization : 12 monthly maps averaged for 2009-2018

---

STEP 1 : LEAF ALBEDO OPTIMIZATION

Data points (month-pixels) selection :

• MODIS is valid (not masked)
• ORCHIDEE is valid (not masked)
• Snow fraction = 0
• Total bare soil fraction < 0.5
• Continental fraction > 0.99
• Inland water fraction < 0.1

The graph below shows the number of data points (months) selected at each grid cell (from 0 to 12) :

Optimization method : L-BFGS-B with 14 optimized parameters, gradient calculation using analytical derivative

First test : wide ranges of variation, global data

LEAF_ALB_NIR	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.23	0.18	0.18	0.2	0.24	0.15	0.26	0.2	0.24	0.27	0.28	0.26	0.24	0.24
min	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
max	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4	0.4
post	0.205	0.186	0.15	0.176	0.235	0.129	0.271	0.186	0.29	0.261	0.259	0.289	0.232	0.311

LEAF_ALB_VIS	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.04	0.04	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
min	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
max	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
post	0.0222	0.0296	0.0296	0.0234	0.0152	0.0304	0.0297	0.01	0.0465	0.0313	0.0524	0.0608	0.01	0.0217

Second test : tuned ranges of variation, global data

LEAF_ALB_NIR	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.23	0.18	0.18	0.2	0.24	0.15	0.26	0.2	0.24	0.27	0.28	0.26	0.24	0.24
min	0.17	0.17	0.1	0.1	0.16	0.1	0.1	0.16	0.1	0.17	0.1	0.15	0.1	0.2
max	0.25	0.24	0.23	0.24	0.24	0.19	0.33	0.23	0.36	0.36	0.46	0.36	0.29	0.35
post	0.204	0.189	0.15	0.176	0.228	0.129	0.263	0.178	0.296	0.258	0.259	0.292	0.222	0.323

LEAF_ALB_VIS	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.04	0.04	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
min	0.02	0.02	0.01	0.01	0.02	0.01	0.02	0.02	0.02	0.04	0.02	0.05	0.02	0.04
max	0.06	0.08	0.09	0.08	0.07	0.05	0.04	0.04	0.18	0.18	0.23	0.15	0.16	0.1
post	0.0225	0.02	0.0231	0.0231	0.02	0.0234	0.02	0.02	0.0464	0.0485	0.0513	0.0606	0.02	0.04

AMAZON

LEAF_ALB_NIR	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.23	0.18	0.18	0.2	0.24	0.15	0.26	0.2	0.24	0.27	0.28	0.26	0.24	0.24
min	0.17	0.17	0.1	0.1	0.16	0.1	0.1	0.16	0.13	0.18	0.1	0.24	0.1	0.2
max	0.24	0.24	0.23	0.22	0.21	0.19	0.33	0.23	0.27	0.27	0.46	0.3	0.26	0.27
post	0.211	0.185	0.15	0.22	0.21	0.129	0.263	0.178	0.261	0.27	0.259	0.264	0.26	0.24

LEAF_ALB_VIS	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.04	0.04	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
min	0.02	0.02	0.01	0.02	0.02	0.01	0.02	0.02	0.03	0.04	0.02	0.05	0.02	0.07
max	0.03	0.05	0.06	0.05	0.04	0.05	0.04	0.04	0.11	0.07	0.23	0.08	0.09	0.1
post	0.0226	0.0237	0.0231	0.0208	0.02	0.0234	0.02	0.02	0.0454	0.04	0.0513	0.05	0.02	0.07

SAHEL

LEAF_ALB_NIR	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.23	0.18	0.18	0.2	0.24	0.15	0.26	0.2	0.24	0.27	0.28	0.26	0.24	0.24
min	0.17	0.19	0.12	0.13	0.16	0.1	0.1	0.16	0.1	0.18	0.11	0.19	0.1	0.2
max	0.23	0.24	0.23	0.24	0.24	0.19	0.33	0.23	0.36	0.27	0.46	0.36	0.29	0.35
post	0.18	0.19	0.12	0.201	0.16	0.129	0.263	0.178	0.296	0.27	0.235	0.317	0.222	0.323

LEAF_ALB_VIS	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.04	0.04	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
min	0.02	0.03	0.02	0.02	0.02	0.01	0.02	0.02	0.02	0.04	0.04	0.08	0.02	0.04
max	0.06	0.08	0.09	0.08	0.07	0.05	0.04	0.04	0.18	0.07	0.23	0.14	0.16	0.1
post	0.0231	0.03	0.09	0.02	0.02	0.0234	0.02	0.02	0.0464	0.0591	0.04	0.0993	0.02	0.04

SIBERIA

LEAF_ALB_NIR	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.23	0.18	0.18	0.2	0.24	0.15	0.26	0.2	0.24	0.27	0.28	0.26	0.24	0.24
min	0.17	0.17	0.1	0.1	0.16	0.12	0.24	0.17	0.19	0.17	0.22	0.15	0.1	0.2
max	0.25	0.24	0.23	0.24	0.24	0.19	0.33	0.23	0.28	0.36	0.29	0.36	0.29	0.35
post	0.204	0.189	0.15	0.176	0.228	0.143	0.244	0.181	0.19	0.258	0.274	0.292	0.222	0.313

LEAF_ALB_VIS	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
prior	0.04	0.04	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.03	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06	0.06
min	0.02	0.02	0.01	0.01	0.02	0.02	0.02	0.02	0.05	0.04	0.04	0.05	0.02	0.04
max	0.06	0.08	0.09	0.08	0.07	0.03	0.04	0.04	0.1	0.18	0.06	0.15	0.16	0.1
post	0.0225	0.02	0.0231	0.0231	0.02	0.02	0.02	0.02	0.0727	0.0485	0.04	0.0606	0.02	0.04

---

STEP 2 : SNOW ALBEDO OPTIMIZATION

Data points (month-pixels) selection :

• MODIS is valid (not masked)
• ORCHIDEE is valid (not masked)
• Snow fraction > 0
• Continental fraction > 0.99
• Inland water fraction < 0.2

The graph below shows the number of data points (months) selected at each grid cell (from 0 to 12) :

Optimization method : L-BFGS-B with 24 optimized parameters, gradient calculation using finite differences approach

SNOW_ALB_NIR	PFT1	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
snowa_aged_prior	0.5	0	0	0.1	0.37	0.08	0.16	0.17	0.27	0.44	0.44	0.44	0.44	0	0.44
snowa_dec_prior	0.13	0	0	0.1	0.1	0.16	0.04	0.07	0.08	0.12	0.12	0.12	0.12	0	0.12
min(aged+dec)	0.05	0	0	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0	0.05
max(aged+dec)	0.95	0	0	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0	0.95
min(aged/(aged+dec))	0.05	0	0	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0	0.05
max(aged/(aged+dec))	0.95	0	0	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0	0.95
snowa_aged_post	0.385	0	0	0.203	0.902	0.133	0.175	0.438	0.259	0.636	0.698	0.536	0.615	0	0.579
snowa_dec_post	0.163	0	0	0.0107	0.0475	0.00699	0.0092	0.0231	0.0136	0.0335	0.0368	0.0282	0.0324	0	0.0305

SNOW_ALB_VIS	PFT1	PFT2	PFT3	PFT4	PFT5	PFT6	PFT7	PFT8	PFT9	PFT10	PFT11	PFT12	PFT13	PFT14	PFT15
snowa_aged_prior	0.74	0	0	0.08	0.24	0.07	0.18	0.18	0.33	0.57	0.57	0.57	0.57	0	0.57
snowa_dec_prior	0.21	0	0	0.14	0.08	0.17	0.05	0.06	0.09	0.15	0.15	0.15	0.15	0	0.15
min(aged+dec)	0.05	0	0	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0	0.05
max(aged+dec)	0.95	0	0	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0	0.95
min(aged/(aged+dec))	0.05	0	0	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0.05	0	0.05
max(aged/(aged+dec))	0.95	0	0	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0.95	0	0.95
snowa_aged_post	0.633	0	0	0.0685	0.902	0.00959	0.109	0.627	0.297	0.902	0.902	0.742	0.77	0	0.862
snowa_dec_post	0.234	0	0	0.0036	0.0475	0.0404	0.00575	0.033	0.0156	0.0475	0.0475	0.039	0.0405	0	0.0454

---

STEP 3 : BACKGROUND ALBEDO OPTIMIZATION

Data points (month-pixels) selection :

• MODIS is valid (not masked)
• ORCHIDEE is valid (not masked)
• Total_bare_soil * (1 - snow_fraction) > 0.5

The graph below shows the number of data points (months) selected at each grid cell (from 0 to 12) :

Optimization method : L-BFGS-B with 1 optimized parameter individually at each grid cell

• Prior : JRC TIP product
• Range of variation : ±0.1

---

RESULTS (seasonal cycle across different regional masks)