基于WRF-Chem/DART的硫酸盐化学反应速率同化研究

作者：黄丛吾; 马超群^*; 王体健^*; 曲雅微; 李蒙蒙; 李树; 庄炳亮; 谢旻

来源：中国科学:地球科学 , 2023, 53(10): 2273-2287.

• 硫酸盐
• 化学反应速率
• WRF-Chem/DART
• 资料同化
• 空气质量预报

硫酸盐(SO42-)是我国大气中细颗粒物(PM2.5)的主要成分之一,其化学机制十分复杂,空气质量模式对硫酸盐的模拟往往存在一定的低估.为了提高WRF-Chem模式(Weather Research Forecast-Chemistry)对硫酸盐的模拟精度,本文提出了一种硫酸盐生成复杂机理的替代方法,并开展了针对硫酸盐化学反应速率的同化方法研究.在WRF-Chem模式基础上,新增了一个硫酸盐生成参数化方案,该方案包含两个替代反应和六个待定参数,基于DART (Data Assimilation Research Testbed)系统,同化了近地面SO42-、SO2、NO2、O3和颗粒物浓度(PM2.5、PM10)来调整相关的待定参数.结果表明,经过资料同化调整后,新方案能有效解决模式低估SO42-、高估SO2的问题, SO42-的平均偏差由-13.1μg m-3下降为3.5μg m-3, SO2由17.0μg m-3下降为6.3μg m-3.新方案中反应速率的时空变化特征与基于理论的研究结果符合,表明硫酸盐生成的复杂机理可以用参数化方案代替,且采用资料同化的方法可以实现参数调整.本文发展并改进了WRF-Chem模式中SO42-生成参数化方案中的反应速率参数,为提高空气质量数值预报的准确性提供了新的思路.

• 单位
  南京大学; 湖北大学; 金陵科技学院