微信扫一扫
近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授朱雷课题组在大气科学领域知名期刊Atmospheric Environment发表题为“Improved ozone simulation in East Asia via assimilating observations from the first geostationary air-quality monitoring satellite: Insights from an Observing System Simulation Experiment”的最新研究成果。
臭氧（Ozone）是大气光化学污染的重要指标，对人体健康、生态环境和气候变化均有显著不利的影响。基于大气化学传输模式的数据同化在臭氧污染防治中发挥了重要作用。数据同化通过改进化学初始场和边界场、排放清单以及气象场等，可以有效降低臭氧数值模拟的不确定性，提升模拟效果。2020年2月韩国发射的GEO-KOMPSAT-2B卫星搭载的地球静止环境监测光谱仪（GEMS）首次实现了对东亚地区对流层痕量气体（臭氧、二氧化氮、二氧化硫、甲醛）和气溶胶的日间连续监测，相比低轨卫星在时空分辨率上更具优势，为改进东亚地区的臭氧模拟提供了新思路。
本研究基于观测系统模拟实验方法，应用了两个独立大气化学传输模式（GEOS-Chem和WRF-Chem）和卡尔曼滤波同化方法，首次评估了GEMS臭氧廓线观测数据同化对东亚地区夏季臭氧模拟的改进作用。
研究结果表明（图1），同化GEMS逐小时臭氧观测能够明显减小城市地区近地面臭氧模拟偏差，主要城市群地区地表臭氧模拟浓度RMSE降低了7.2–19.2%。此外，GEMS观测数据同化也能够显著提升对臭氧高污染事件的监测能力，臭氧高污染天数模拟RMSE降低了6.3–29.2%。
图1 GEMS观测数据同化对近地面臭氧模拟的改进
在对流层臭氧廓线的模拟方面（图2），同化GEMS观测后，对流层中上层（200–300 hPa）臭氧模拟偏差明显减少，RMSE降低了18.2–49.2%，但对流层中下层臭氧廓线模拟的改进效果较为有限。
图2 GEMS观测数据同化对臭氧垂直廓线的改进
此外，GEMS观测数据同化也能够提升对平流层臭氧入侵过程的监测能力（图3）。研究结果发现，同化GEMS观测后200–500 hPa和600–800 hPa臭氧模拟偏差显著减少。该污染过程出现时间（18 UTC）相较于同化时次（01–08 UTC）存在明显滞后，表明GEMS观测能够为对流层臭氧日变化模拟提供有用的约束。
图3 GEMS观测数据同化对平流层臭氧入侵过程模拟的改进
这项研究工作量化了GEMS观测数据同化对东亚地区近地面和对流层臭氧模拟的改进作用，为未来东亚臭氧模拟研究提供了重要参考。同时该研究还指出了今后多源观测数据（GEMS、LEO卫星、地面观测等）联合同化的应用对进一步改进臭氧数值模拟的重要性。
南方科技大学为本论文第一通讯单位，课题组束蕾博士为论文第一作者，朱雷为论文通讯作者，论文的共同作者还包括韩国釜山大学Juseon Bak博士、美国哈佛-史密松天体物理中心Peter Zoogman博士、北京大学韩函博士和南科大环境学院杨新讲席教授、傅宗玫教授等。
该研究得到了广东省普通高校青年创新人才项目、深圳市科创委基础研究面上项目、广东省基础与应用基础研究基金委员会区域联合基金-青年基金项目、中国博士后科学基金等项目的大力支持，计算资源由南方科技大学科学与工程计算中心（太乙超级计算机）提供。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2022.119003
邮箱：gorscac@sustech.edu.cn
电话：0755-88018876
地址：广东省深圳市南山区学苑大道1088号南方科技大学工学院北楼903
微信扫一扫
