東北地理所在氣象-空氣質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致氣象要素發生變化，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域氣候變化研究中最大的不確定性因素，吸引了各國科學家通過地面觀測、衛星反演和數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-空氣質量雙向耦合模式的開發和應用為相關研究提供了有效的量化途徑，也為提高空氣質量模式（一般為單向無反饋）應對重污染事件的預報預警能力提供新思路。自1994年第一個雙向耦合模式誕生以來，歐美科學家已于2008和2014年針對美國和歐洲地區耦合模式的研究現狀進行系統綜述。與歐美相比，亞洲地區在過去30年間經歷了由于快速工業化、城市化、人口增長和不利氣象/氣候變化所導致的嚴重空氣污染。在各國政府制定相應減排防控措施的同時，科研人員也針對空氣污染成因和預報預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和應用在亞洲取得了長足進展，但仍未有綜述研究對亞洲地區雙向耦合模式的應用現狀以及氣溶膠-輻射-云效應對氣象和空氣質量各參量的影響進行全面總結與量化分析。
中國科學院東北地理與農業生態研究所區域大氣環境學科組研究人員采用系統性文獻綜述與薈萃分析相結合的方法，首次全面回顧了2010-2019年間亞洲地區雙向耦合模式的發展歷史與研究現狀，詳細匯總了160篇相關文獻的研究區域、研究熱點、模式配置、氣溶膠-輻射-云理化過程的參數化方案，進一步明確了氣溶膠反饋效應對氣象和空氣質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）在亞洲地區得到了廣泛應用，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果，以期進一步降低模擬結果的不確定性。本研究為推動亞洲地區雙向耦合模式的發展、改進、應用與評估等方面提供了系統性綜述與理論性前瞻。
圖1 亞洲地區氣溶膠反饋效應對氣象和空氣質量要素的定量影響
圖2 氣溶膠反饋效應導致亞洲不同地區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的對比分析
該項研究成果已發表于國際權威期刊Atmospheric Chemistry and Physics。中國科學院東北地理與農業生態研究所區域大氣環境學科組高超博士為第一作者，修艾軍研究員和張學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項目（2017YFC0212304和2019YFE0194500）、中國科學院人才計劃和國家自然科學基金項目（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.
附件下載：
吉公網安備22017302000214號
