東北地理所在氣象-空氣質(zhì)量雙向耦合模式研究中取得進展
大氣顆粒物造成空氣污染的同時還通過氣溶膠-輻射-云相互作用影響著地球大氣的能量平衡并導(dǎo)致氣象要素發(fā)生變化，進而反作用于大氣污染物的生消過程，形成氣象和空氣污染之間的雙向反饋作用。氣溶膠-輻射-云相互作用已成為全球和區(qū)域氣候變化研究中最大的不確定性因素，吸引了各國科學(xué)家通過地面觀測、衛(wèi)星反演和數(shù)值模擬等手段進行著大量的研究工作。其中，具備雙向反饋功能的氣象-空氣質(zhì)量雙向耦合模式的開發(fā)和應(yīng)用為相關(guān)研究提供了有效的量化途徑，也為提高空氣質(zhì)量模式（一般為單向無反饋）應(yīng)對重污染事件的預(yù)報預(yù)警能力提供新思路。自1994年第一個雙向耦合模式誕生以來，歐美科學(xué)家已于2008和2014年針對美國和歐洲地區(qū)耦合模式的研究現(xiàn)狀進行系統(tǒng)綜述。與歐美相比，亞洲地區(qū)在過去30年間經(jīng)歷了由于快速工業(yè)化、城市化、人口增長和不利氣象/氣候變化所導(dǎo)致的嚴(yán)重空氣污染。在各國政府制定相應(yīng)減排防控措施的同時，科研人員也針對空氣污染成因和預(yù)報預(yù)警進行了大量的分析研究。其中，近年來雙向耦合模式的開發(fā)和應(yīng)用在亞洲取得了長足進展，但仍未有綜述研究對亞洲地區(qū)雙向耦合模式的應(yīng)用現(xiàn)狀以及氣溶膠-輻射-云效應(yīng)對氣象和空氣質(zhì)量各參量的影響進行全面總結(jié)與量化分析。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所區(qū)域大氣環(huán)境學(xué)科組研究人員采用系統(tǒng)性文獻綜述與薈萃分析相結(jié)合的方法，首次全面回顧了2010-2019年間亞洲地區(qū)雙向耦合模式的發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀，詳細匯總了160篇相關(guān)文獻的研究區(qū)域、研究熱點、模式配置、氣溶膠-輻射-云理化過程的參數(shù)化方案，進一步明確了氣溶膠反饋效應(yīng)對氣象和空氣質(zhì)量各參量的影響程度（圖1和圖2）。研究表明，近十年來，五個不同的雙向模式（WRF-Chem、WRF-CMAQ、GRAPES-CUACE、WRF-NAQPMS和GATOR-GCMOM）在亞洲地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，其中使用最多的為WRF-Chem模式；過往研究主要集中于東亞、印度、中國和華北平原等地區(qū)自然源氣溶膠（以礦物沙塵為主）和人為源氣溶膠-輻射-云相互作用的模擬工作；啟用氣溶膠反饋效應(yīng)對雙向耦合模式性能的影響因模型變量、模擬時段、雙向耦合模式和研究區(qū)域選擇的不同而存在顯著差異。在未來研究中，亟需在雙向耦合模式中引入最新的云、降水和氣溶膠理化特征觀測和理論研究結(jié)果，以期進一步降低模擬結(jié)果的不確定性。本研究為推動亞洲地區(qū)雙向耦合模式的發(fā)展、改進、應(yīng)用與評估等方面提供了系統(tǒng)性綜述與理論性前瞻。
圖1 亞洲地區(qū)氣溶膠反饋效應(yīng)對氣象和空氣質(zhì)量要素的定量影響
圖2 氣溶膠反饋效應(yīng)導(dǎo)致亞洲不同地區(qū)和時間尺度地面短波輻射強迫的變化情況及其與歐美地區(qū)的對比分析
該項研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊Atmospheric Chemistry and Physics。中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所區(qū)域大氣環(huán)境學(xué)科組高超博士為第一作者，修艾軍研究員和張學(xué)磊副研究員為共同通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發(fā)項目（2017YFC0212304和2019YFE0194500）、中國科學(xué)院人才計劃和國家自然科學(xué)基金項目（42171142、41771071和41571063）共同資助。
論文信息如下：
Gao, C., Xiu, A., Zhang, X., Tong, Q., Zhao, H., Zhang, S., Yang, G., and Zhang, M.: Two-way coupled meteorology and air quality models in Asia: a systematic review and meta-analysis of impacts of aerosol feedbacks on meteorology and air quality, Atmospheric Chemistry and Physics, 2022, 22(8), 5265–5329,https://doi.org/10.5194/acp-22-5265-2022.
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