ACP | 东北地理所在气象-空气质量双向耦合模式研究中取得进展

图1 亚洲地区气溶胶反馈效应对气象和空气质量要素的定量影响

东北地理所在气象-空气质量双向耦合模式研究中取得进展

大气颗粒物造成空气污染的同时还通过气溶胶-辐射-云相互作用影响着地球大气的能量平衡并导致气象要素发生变化，进而反作用于大气污染物的生消过程，形成气象和空气污染之间的双向反馈作用。气溶胶-辐射-云相互作用已成为全球和区域气候变化研究中最大的不确定性因素，吸引了各国科学家通过地面观测、卫星反演和数值模拟等手段进行着大量的研究工作。其中，具备双向反馈功能的气象-空气质量双向耦合模式的开发和应用为相关研究提供了有效的量化途径，也为提高空气质量模式（一般为单向无反馈）应对重污染事件的预报预警能力提供新思路。

自1994年第一个双向耦合模式诞生以来，欧美科学家已于2008和2014年针对美国和欧洲地区耦合模式的研究现状进行系统综述。与欧美相比，亚洲地区在过去30年间经历了由于快速工业化、城市化、人口增长和不利气象/气候变化所导致的严重空气污染。在各国政府制定相应减排防控措施的同时，科研人员也针对空气污染成因和预报预警进行了大量的分析研究。其中，近年来双向耦合模式的开发和应用在亚洲取得了长足进展，但仍未有综述研究对亚洲地区双向耦合模式的应用现状以及气溶胶-辐射-云效应对气象和空气质量各参量的影响进行全面总结与量化分析。

中国科学院东北地理与农业生态研究所区域大气环境学科组研究人员采用系统性文献综述与荟萃分析相结合的方法，首次全面回顾了2010-2019年间亚洲地区双向耦合模式的发展历史与研究现状，详细汇总了160篇相关文献的研究区域、研究热点、模式配置、气溶胶-辐射-云理化过程的参数化方案，进一步明确了气溶胶反馈效应对气象和空气质量各参量的影响程度（图1和图2）。研究表明，近十年来，五个不同的双向模式（WRF-Chem、WRF-CMAQ、GRAPES-CUACE、WRF-NAQPMS和GATOR-GCMOM）在亚洲地区得到了广泛应用，其中使用最多的为WRF-Chem模式；过往研究主要集中于东亚、印度、中国和华北平原等地区自然源气溶胶（以矿物沙尘为主）和人为源气溶胶-辐射-云相互作用的模拟工作；启用气溶胶反馈效应对双向耦合模式性能的影响因模型变量、模拟时段、双向耦合模式和研究区域选择的不同而存在显著差异。在未来研究中，亟需在双向耦合模式中引入最新的云、降水和气溶胶理化特征观测和理论研究结果，以期进一步降低模拟结果的不确定性。本研究为推动亚洲地区双向耦合模式的发展、改进、应用与评估等方面提供了系统性综述与理论性前瞻。

图2 气溶胶反馈效应导致亚洲不同地区和时间尺度地面短波辐射强迫的变化情况及其与欧美地区的对比分析

该项研究成果已发表于国际权威期刊Atmospheric Chemistry and Physics。中国科学院东北地理与农业生态研究所区域大气环境学科组高超博士为第一作者，修艾军研究员和张学磊副研究员为共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发项目（2017YFC0212304和2019YFE0194500）、中国科学院人才计划和国家自然科学基金项目（42171142、41771071和41571063）共同资助。

论文信息如下：

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.

来源：区域大气环境学科组

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