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CAM5模式中两气溶胶模块的评估

李鑫 刘煜

李鑫, 刘煜. CAM5模式中两气溶胶模块的评估. 应用气象学报, 2013, 24(1): 75-86.
引用本文: 李鑫, 刘煜. CAM5模式中两气溶胶模块的评估. 应用气象学报, 2013, 24(1): 75-86.
Li Xin, Liu Yu. Assessment of Two Aerosol Modules of CAM5. Joumal of Applied Meteorological Science, 2013, 24(1): 75-86.
Citation: Li Xin, Liu Yu. Assessment of Two Aerosol Modules of CAM5. Joumal of Applied Meteorological Science, 2013, 24(1): 75-86.

CAM5模式中两气溶胶模块的评估

资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费重点项目 2009Z001

国家重点基础研究计划项目 2011CB403406

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY200906020

详细信息
    通信作者:

    刘煜, email: liuyu@cams.cma.gov.cn

Assessment of Two Aerosol Modules of CAM5

  • 摘要: 公共大气模式 (CAM) 被广泛用于气候变化研究中,其5.0版中包含两个气溶胶模块MAM3和MOZART。利用AeroCom (2000年) 多模式中值、IMPROVE (1988—2005年) 和EMEP (2002—2008年) 站点资料对两模块进行了评估。结果表明:MAM3和MOZART模块都能很好地模拟硫酸盐气溶胶的季节变化, 与观测资料相比,模拟结果均在夏季偏高, 相关系数均在0.89左右,2倍误差内。两模块能较好地模拟黑碳气溶胶的时空分布特征, 与观测资料相比,模拟结果偏低,相关系数均在0.62左右, 排放源偏小而清除率偏大是造成黑碳气溶胶偏低的主要原因。两模块对有机碳气溶胶的模拟结果差别较大,大部分站点在3倍误差内,MAM3的结果偏高92.1%,MOZART则偏低58.1%;两模块一次有机碳的结果接近,差异主要源自对二次有机碳的模拟。两模块模拟的海盐气溶胶偏大,这主要是清除率偏小造成的。两模块采用相同的起沙机制,但起沙系数有差异, MAM3的沙尘源强偏大近两倍,模拟总量较大;MOZART的沙尘源强则偏低40%左右,模拟沙尘总量较低。即模式中气溶胶的输送和扩散过程偏弱,说明清除机制还有待改进。
  • 图  1  模拟硫酸盐气溶胶月平均质量浓度与观测值的比较

    (误差棒是该月观测值的标准差)

    Fig.  1  Comparison of simulated sulfate aerosol monthly mean concentration with IMPROVE

    (error bar on the solid line denotes IMPROVE monthly mean data along with standard deviation)

    图  2  模拟硫酸盐气溶胶地面质量浓度与观测值年平均比较的散点图

    (实线为1:1比率,虚线为2:1和1:2的比率;R是相关系数,b是相对平均偏差)

    Fig.  2  Annual average simulated surface concentration versus observations from IMPROVE and EMEP

    (the solid line and two dashed lines are 1:1, 1:2 and 2:1, respectively; R is the correlation coefficient, b is mean bias)

    图  3  硫酸盐气溶胶柱质量浓度年平均值全球分布

    (a) AEROCOM多模式中值,(b) MAM3模块,(c) MOZART模块

    Fig.  3  Annual average global distribution of column concentration of sulfate aerosol according to AEROCOM_MEDIAN (a), MAM3(b) and MOZART (c)

    图  4  模拟黑碳气溶胶地面质量浓度与观测值年平均比较的散点图(虚线为3:1和1:3比率)

    Fig.  4  The same as in Fig 2, but for black carbon aerosol(two dashed lines are 1:3 or 3:1)

    图  5  黑碳气溶胶柱质量浓度年平均全球分布

    (a) AEROCOM多模式中值,(b) MAM3模块,(c) MOZART模块

    Fig.  5  The same as in Fig. 3, but for black carbon aerosol

    图  6  模拟有机碳气溶胶地面质量浓度 (包括POC和SOC) 与观测值年平均比较的散点图

    (虚线为3:1和1:3比率)

    Fig.  6  The same as in Fig. 2, but for organic carbon aerosol (POC and SOC)

    (two dashed lines are 1:3 or 3:1)

    图  7  有机颗粒物柱质量浓度年平均全球分布

    (a) AEROCOM多模式中值,(b) MAM3模块,(c) MOZART模块

    Fig.  7  The same as in Fig. 3, but for organic matter (OM)

    表  1  两模块采用的排放源清单

    Table  1  Emission used in two modules

    成分 年排放总量/Tg
    DMS 14.13
    SO2 57.0
    BC 7.7
    POC 35.2
    注:MAM3模块考虑了一部分SO2直接以硫酸盐颗粒物的
    形式排放进入大气,比例设为2.5%,并考虑了一些排放
    情况的高度分布[7];而MOZART中2005年排放源没有
    上述处理。
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    表  2  硫酸盐气溶胶的年收支情况

    Table  2  Annual budget for sulfate aerosol

    模式 大气总
    量/Tg
    生命
    期/d
    年排放
    总量/Tg
    直接排
    放/Tg
    SO2气相
    氧化/Tg
    SO2液相
    氧化/Tg
    年清除
    总量/Tg
    干沉降
    /Tg
    干清除
    率/d-1
    湿沉降
    /Tg
    湿清除率
    /d-1
    MAM3 0.43 36.7 1.40 12.3 23.0 36.7 7.74 0.030 32.0 0.20 4.3
    MOZART 0.45 46.0 0.00 9.4 36.6 46.0 5.53 0.034 40.5 0.25 3.6
    AEROCOM 0.63 2.11 57.6 6.20 0.027 49.0 0.21 4.0
    注:清除率=年清除总量/大气总量/365;生命期=大气总量/年清除总量×365
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    表  3  黑碳气溶胶的年收支情况

    Table  3  Annual budget for black carbon aerosol

    模式 大气总
    量/Tg
    年排放
    总量/Tg
    生命期
    /d
    年清除
    总量/Tg
    干沉降
    /Tg
    干清除率
    /d-1
    湿沉降
    /Tg
    湿清除率
    /d-1
    MAM3 0.10 7.7 7.9 1.37 0.036 6.53 0.17 4.8
    MOZART 0.12 7.7 7.6 1.66 0.039 5.97 0.14 5.6
    AEROCOM 0.18 8.7 9.2 1.65 0.025 7.65 0.12 7.0
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    表  4  一次和二次有机碳颗粒物的全球年收支情况

    Table  4  Global budget for primary and secondary organic matter

    有机碳 模式 大气总
    量/Tg
    年排放
    总量/Tg
    生命
    期/d
    年清除总量/Tg 干沉降/Tg 干清除率/d-1 湿沉降/Tg 湿清除率/d-1
    一次 MAM3 0.71 49.3 50.0 8.1 0.030 41.9 0.16 5.3
    MOZART 0.74 49.3 49.6 10.5 0.039 39.1 0.14 5.5
    LWPD 1.11 49.3 49.4 10.1 0.025 39.3 0.10 8.2
    二次 MAM3 1.34 102.7 102.6 12.7 0.03 89.9 0.18 4.8
    MOZART 0.11 9.51 9.51 1.60 0.04 7.91 0.21 4.0
    LWPD 1.26 68.6 68.5 9.8 0.02 0.21 0.13 6.7
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    表  5  海盐和沙尘气溶胶的全球年收支情况

    Table  5  Global budget for sea salt and sand dust

    气溶胶 模式 大气
    总量/Tg
    年排放
    总量/Tg
    生命
    期/d
    年清除总量/Tg 湍流清除率/d-1 重力清除率/d-1 湿清除率/d-1
    海盐 MAM3 11.2 4696 4692 0.24 0.34 0.58 0.87
    MOZART 10.3 4728 4760 0.39 0.37 0.51 0.79
    AEROCOM 6.1 6218 6206 0.63 0.71 0.81 0.36
    沙尘 MAM3 22.80 3028 3028 0.023 0.209 0.132 2.8
    MOZART 9.08 622 626 0.049 0.060 0.080 5.3
    AEROCOM 15.94 1126 1261 0.068 0.054 0.062 4.6
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-03-01
  • 修回日期:  2012-11-06
  • 刊出日期:  2013-02-28

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