科研进展

JAMES:CAS-ESM起沙方案的发展及对全球和东亚沙尘循环的良好再现能力

  沙尘作为最主要的自然气溶胶,不仅造成严重的空气污染,同时对气候和环境有重要影响,在地球系统演变中发挥着重要的作用,因此沙尘循环是地球系统模式需重点考虑的过程之一。

  大气物理所ICCES地球系统模式研发团队吴成来副研究员、林朝晖研究员、张贺副研究员等人及其合作者在前人工作基础上构建了一个基于风蚀物理学理论的动力学起沙模型(图1),并通过与陆面过程模式CoLM的耦合,建成了包含沙尘-气候-植被间相互作用的中国科学院地球系统模式CAS-ESM2.0。该起沙模型可考虑土壤沙粒的轰击运动、土壤团聚体的破裂作用,以及精细地表土壤和植被特征对起沙的影响,具有坚实的风沙物理学基础。
  基于上述耦合起沙模型的CAS-ESM2对全球沙尘循环的模拟分析结果表明,CAS-ESM2能很好地模拟出全球主要的沙尘源地和沙尘气溶胶空间分布,以及沙尘沉降通量、地面沙尘浓度的空间分布和量值范围;模式也能合理地模拟出东亚沙尘活动的季节变化特征。在此基础上给出了全球沙尘收支的定量估算,其中全球年总起沙量约为25.18亿吨/年(图2)。此外,与NCAR通用地球系统模式(CESM2)相比,CAS-ESM2在全球沙尘气溶胶分布、沙尘气溶胶光学厚度等方面的模拟均明显优于CESM2,尤其是克服了CESM2对我国西北塔克拉玛干沙漠(图3)、北非东部沙尘浓度高估的系统性偏差,表明CAS-ESM2对全球沙尘循环的模拟已处于国际先进水平。
  上述研究成果发表在国际地球系统模式发展领域专业期刊《Journal of Advances in Modeling Earth Systems》上,研究得到了国家重点研发计划项目(编号为2020YFA0607801)和国家自然科学基金项目(编号为42075166、41975119和41830966)的资助,同时也得到了国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”的支持。
  论文信息:
  Wu, C.*, Lin, Z.*, Liu, X., Ji, D., Zhang, H., Li, C., & Lin, G. (2021). Description of dust emission parameterization in CAS-ESM2 and its simulation of global dust cycle and East Asian dust events. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 13, e2020MS002456. https://doi.org/10.1029/2020MS002456
图1 CAS-ESM2中基于风沙物理学的起沙模型示意图
图2  基于CAS-ESM2估算的全球沙尘收支图像
图3 CAS-ESM2和CESM2对塔克拉玛干沙漠沙尘天气频次的模拟与观测的对比:(左)沙尘天气频次的季节变化;(右)不同强度沙尘浓度的频次分布
 

 

  

附件下载: