東北地理所在沙塵預(yù)報模型評估研究中取得進(jìn)展
過去幾年，在我國大氣污染較為嚴(yán)重的背景下，協(xié)助地方政府開展有效的重污染天氣預(yù)報預(yù)警與聯(lián)防聯(lián)控工作，是大氣環(huán)境研究的主要工作之一。2019年4月開始，環(huán)保部進(jìn)一步完善空氣質(zhì)量考核制度，各地空氣質(zhì)量評估過程中將不再剔除沙塵天氣影響，對準(zhǔn)確預(yù)報預(yù)警沙塵天氣提出了更高的要求。
東北地理所區(qū)域大氣環(huán)境學(xué)科組的研究人員在分析過去10年東北地區(qū)大氣污染特征的基礎(chǔ)上，針對春秋沙塵、秋季秸稈焚燒和冬季燃煤的重污染時段，分別開展了模擬與預(yù)報預(yù)警研究。基于學(xué)科組近10年的沙塵天氣模擬工作經(jīng)驗，針對當(dāng)前全球主流的空氣質(zhì)量模型（CMAQ、WRF-Chem、CAMx和CHIMERE）中共計13種沙塵機(jī)制方案開展了全面系統(tǒng)性的評估研究。其中，CAMx模型中的沙塵模擬評估研究為全球首次開展。調(diào)整修改后沙塵預(yù)報模式將轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)運行版本供哈長城市群開展預(yù)報預(yù)警應(yīng)用。
圖1 2015年5月5日沙塵暴事件中應(yīng)用不同起沙方案和起沙來源分布圖模擬獲取的日均PM10空間分布; (a-e) GOCART方案, (g-l) AFWA方案, (m-r) UOC_Shao2004方案
研究結(jié)果顯示， 盡管不同起沙方案均可再現(xiàn)該次沙塵事件的空間分布格局，但每個模型預(yù)測PM10模擬濃度與實際觀測PM10濃度之間存在較大差異。通常，在默認(rèn)配置下，CHIMERE模型的模擬性能相對較好。經(jīng)過參數(shù)調(diào)整后，采用AFWA方案的WRF-Chem以及采用Ginoux et al.（2012）的季節(jié)性起沙源區(qū)分布圖的模擬效果最好，其次為采用UOC_Shao2004方案的WRF-Chem、CHIMERE和CMAQ模型。通過替換默認(rèn)的起沙分布源圖并消除模式代碼中的摩擦速度限制，CAMx的模擬性能得到了顯著改善。本項研究表明在區(qū)域尺度內(nèi)模擬沙塵事件應(yīng)仔細(xì)甄選已有的起沙源區(qū)分布圖，或由本地數(shù)據(jù)生成新圖。此外，應(yīng)進(jìn)一步研究和測量不同土壤類型的垂直起沙效率，以期進(jìn)一步提高空氣質(zhì)量模型中垂直粉塵通量的模擬準(zhǔn)確性。
圖2 中國東北地區(qū)不同沙塵方案模擬PM10與觀測PM10對比分析的泰勒分布圖
相關(guān)研究工作以“中國東北地區(qū)春季沙塵暴的多模式模擬評估研究：全球主流空氣質(zhì)量模型中沙塵模擬能力評估與改進(jìn)”（ Multimodel simulations of a springtime dust storm over northeastern China: implications of an evaluation of four commonly used air quality models (CMAQ v5.2.1, CAMx v6.50, CHIMERE v2017r4, and WRF-Chem v3.9.1)）為題發(fā)表在國際權(quán)威期刊《地球科學(xué)模式發(fā)展》（Geoscientific Model Development 簡稱：GMD），區(qū)域大氣環(huán)境學(xué)科組馬思琪博士生為第一作者，張學(xué)磊副研究員為通訊作者。GMD雜志是地球系統(tǒng)模式發(fā)展方向的頂級期刊之一，主旨向?qū)W界介紹地學(xué)模式發(fā)展重要進(jìn)展，2018年影響因子5.15，5年影響因子5.70。該研究論文為東北地理所在該刊物發(fā)表的首篇模型模擬論文。該工作受到國家重點研發(fā)計劃（項目編號：2017YFC0212304），國家自然科學(xué)基金（項目編號：41571063；41771071）以及中國科學(xué)院人才計劃項目資助完成。
論文信息：
Ma, S., Zhang, X.*, Gao, C., Tong, D. Q.*, Xiu, A., Wu, G., Cao, X., Huang, L., Zhao, H., Zhang, S., Ibarra-Espinosa, S., Wang, X., Li, X., and Dan, M.: Multimodel simulations of a springtime dust storm over northeastern China: implications of an evaluation of four commonly used air quality models (CMAQ v5.2.1, CAMx v6.50, CHIMERE v2017r4, and WRF-Chem v3.9.1), Geosci. Model Dev., 12, 4603–4625, 2019.
文章鏈接：https://doi.org/10.5194/gmd-12-4603-2019
Ma, S.; Zhang, X.*, Gao, C., Tong, Q.*, Xiu, A., Zhao, H., Zhang, S.: Simulating Performance of CHIMERE on a Late Autumnal Dust Storm over Northern China. Sustainability, 11, 1074, 2019.
文章鏈接：https://www.mdpi.com/2071-1050/11/4/1074
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