近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙純教授帶領(lǐng)的大氣科學(xué)先進計算實驗室（LACAR）成功構(gòu)建了全球變網(wǎng)格大氣物理化學(xué)耦合模擬框架，并以大氣沙塵為例開展了相關(guān)研究。研究成果以“Simulating Atmospheric Dust With a Global Variable‐Resolution Model: Model Description and Impacts of Mesh Refinement”為題發(fā)表于地球系統(tǒng)模式發(fā)展領(lǐng)域國際頂刊《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》。

大氣沙塵氣溶膠在地球氣候系統(tǒng)中扮演著重要的作用。然而，由于水平分辨率的限制，對沙塵氣溶膠的數(shù)值模擬目前仍存在較大的不確定性。以往的研究通常采用降尺度的方法進行區(qū)域高分辨率模擬，但是這樣需要引入邊界條件，從而導(dǎo)致一些邊界問題，并會限制區(qū)域大氣沙塵與大尺度環(huán)流之間的相互作用，例如沙塵輻射效應(yīng)與大氣環(huán)流之間的相互作用。使用具有區(qū)域加密能力的全球變網(wǎng)格大氣模式模擬沙塵氣溶膠是一種可行的方案，這種方式能夠避免使用邊界條件，又比全球高分辨率模式具有更高的計算效率。

本研究基于全球變網(wǎng)格大氣模式MPAS的動力核，構(gòu)建了分段式精細化氣溶膠及其反饋效應(yīng)模擬框架。與觀測和以往的研究相比，該模式可以模擬出更合理的沙塵空間分布（圖1）。同時，本研究還首次實現(xiàn)了全球框架下區(qū)域加密至對流解析尺度（4km）的沙塵模擬，結(jié)果表明對流解析尺度模擬通過解析對流降水過程增強了沙塵的濕清除效率，減小了沙塵質(zhì)量濃度（圖2）。

本研究為我們揭示氣溶膠對區(qū)域及全球天氣和氣候系統(tǒng)的影響機制提供一種新的模式框架，并支撐了一系列模式發(fā)展工作的開展，包括已發(fā)表在《Science Bulletin》上的全球高分辨率大氣物理化學(xué)耦合模式的發(fā)展工作以及最近入選高性能計算戈登貝爾氣候建模獎候選成果的工作?；谠撃Ｊ娇蚣埽磥韺⒗^續(xù)開展物理和化學(xué)參數(shù)化發(fā)展，基于AI的模式性能優(yōu)化，機制研究等工作。

圖1 模式模擬沙塵氣溶膠的近地面質(zhì)量濃度與觀測數(shù)據(jù)的對比

圖2 區(qū)域加密對大氣沙塵質(zhì)量濃度模擬的影響

本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)雙一流研究資金、以及中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的支持，使用了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高性能計算中心提供的計算資源。趙純教授為論文通訊作者，博士研究生馮家望為第一作者。

參考文獻：

Feng, J., Zhao, C., Du, Q., Xu, M., Gu, J., Hu, Z., & Chen, Y. (2023). Simulating atmospheric dust with a global variable-resolution model: Model description and impacts of mesh refinement. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 15, e2023MS003636.

論文鏈接：https://doi.org/10.1029/2023MS003636

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（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）

新聞鏈接：http://news.ustc.edu.cn/info/1055/84815.htm

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