Прогноз химической погоды: новая концепция и методология двусторонне- интегрированного мезомасштабного моделирования

Авторы: Бакланов А.А.

Год: 2009

Номер: 04

Страницы: 109-120

Аннотация

В течение последнего десятилетия быстро развивается новая область атмосферного моделирования – прогноз химической погоды. Однако в настоящий момент в большинстве исследований и публикаций эта область рассматривается упрощенно: запуск модели переноса химических веществ осуществляется в режиме  оффлайн  , использующей данные из оперативного численного прогноза погоды только, как входные поля. Предлагается и анализируется новая концепция, рассматривающая химическую погоду как двусторонне-взаимодействующие процессы метеорологии и химического состава атмосферы. Интегрирование мезометеорологических моделей и моделей переноса атмосферных аэрозолей и химических веществ в режиме «онлайн» дает возможность использовать все трехмерные метеорологические поля в моделях переноса химических веществ на каждом временном шаге и учитывать обратные связи, то есть учитывать влияние загрязняющих веществ (например, городских аэрозолей) на метеорологические процессы/ климатические изменения и в дальнейшем на химический состав. Этот перспективный путь для будущих атмосферных моделирующих систем (как часть и шаг к моделированию системы “Земля”) ведет к новому поколению моделей для метеорологического и химического прогнозов и оценки воздействий на окружающую среду. Методология реализации предложенной интегрированной концепции для прогноза химической погоды рассматривается на примере европейской системы Enviro–HIRLAM. Значимость различных механизмов обратных связей для прогноза химической погоды также обсуждается в данной статье.

Теги: двустороннее совместное мезомасштабное моделирование; механизмы обратных связей; моделирование переноса химических веществ в режимах "оффлайн" и "онлайн"; прогноз химической погоды

Список литературы

  1. Baklanov, A. (1988) Numerical modelling in mine aerology, Apatity: USSR Academy of Science, 200 pp. (in Russian).
  2. Baklanov, A., A. Gross, J.H. Sørensen (2004) Modelling and forecasting of regional and urban air quality and microclimate. J. Computational Technologies, 9, pp. 82–97.
  3. Baklanov, A., U. Korsholm, A. Mahura, C. Petersen, A. Gross (2008a) Enviro–HIRLAM: on-line coupled modelling of urban meteorology and air pollution. Advances in Science and Research, 2, pp. 41–46.
  4. Baklanov, A., P. Mestayer, A. Clappier, S. Zilitinkevich, S. Joffre, A. Mahura, N.W. Nielsen, (2008b) Towards improving the simulation of meteorological fields in urban areas through updated/advanced surface fluxes description. Atmospheric Chemistry and Physics, 8, pp. 523–543.
  5. Baklanov, A. and U. Korsholm (2007) On-line integrated meteorological and chemical transport modelling: advantages and prospective. In: ITM 2007: 29th NATO/SPS International Technical Meeting on Air Pollution. Modelling and its Application, 24-28.09.2007, University of Aveiro, Portugal, pp. 21–34.
  6. Chenevez, J., A. Baklanov, J.H. Sørensen (2004) Pollutant transport schemes integrated in a numerical weather prediction model: Model description and verification results. Meteorological Applications, 11(3), pp. 265–275.
  7. COST–NetFAM (2008) Integrated systems of meso-meteorological and chemical transport models/ Baklanov, A., A. Mahura, R. Sokhi (eds), Materials of the COST–728/NetFAM workshop, DMI, Copenhagen, 21–23 May 2007, 183 pp. Springer (in press). Available on: http://www.cost728.org.
  8. COST–WMO (2007) Overview of existing integrated (off-line and on-line) meso-scale systems in Europe/Baklanov, A., B. Fay, J. Kaminski, R. Sokhi. Joint Report of COST728 and GURME, May 2007. WMO–COST publication. GAW Report No. 177, WMO TD 1427. Available also from: http://www.cost728.org.
  9. Dickenson, R.E., S.E. Zebiak, J.L. Anderson, M.L. Blackmon, C. DeLuca, T.F. Hogan, M. Iredell, M. Ji, R. Rood, M.J. Suarez, K.E. Taylor (2002) How can we advance our weather and climate models as a community? Bull. Am. Met. Soc., 83, pp. 431–434.
  10. Grell, G.A., S.E. Peckham, R. Schmitz, S.A. McKeen, G. Frost, W.C. Skamarock, B. Eder (2005) Fully coupled “on-line“ chemistry within the WRF model, Atmos. Environ., 39(37), pp. 6957-6975.
  11. Gross, A. and A. Baklanov (2004) Modelling the influence of dimethyl sulphid on the aerosol production in the marine boundary layer. International Journal of Environment and Pollution, 22, pp. 51–71.
  12. IPCC (2005) IPCC Expert Meeting on Emission Estimation of Aerosols Relevant to Climate Change held on 2–4 May 2005, Geneva, Switzerland
  13. Kaminski, J., L. Neary, J. Struzewska and J.C. McConnell (2008) Multiscale Atmospheric Chemistry Modelling with GEM–AQ. In: Integrated systems of mesometeorological and chemical transport models, Materials of the COST–728/NetFAM workshop, DMI, Copenhagen, 21–23 May 2007, pp. 42–47. Springer (in press). Available on http://www.cost728.org.
  14. Korsholm U.S., A. Baklanov, A. Gross, A. Mahura, B.H. Sass, E. Kaas (2008a) On-line coupled chemical weather forecasting based on HIRLAM – overview and prospective of Enviro–HIRLAM. HIRLAM Newsletter, 54, pp. 1–17.
  15. Korsholm, U., A. Baklanov and J.H. Sørensen (2008b) Status and Evaluation of Enviro–HIRLAM: Differences between on-line and off-line Models. In: Integrated systems of meso-meteorological and  chemical  transport  models,  Materials  of the COST–728/NetFAM workshop, DMI, Copenhagen, 21–23 May 2007, pp. 47–61. Springer (in press). Available: http://www.cost728.org.
  16. Korsholm, U. (2009) Integrated modeling of aerosol indirect effects – develoment and application of a chemical weather model. PhD thesis University of Copenhagen, Niels Bohr Institute and DMI, Research department.
  17. Korsholm, U.S., A. Baklanov, A. Gross, J.H. Sørensen (2009a) On the importance of the meteorological coupling interval in dispersion modeling during ETEX–1, Atmospheric Environment, DOI:10.1016/j.atmosenv.2008.11.017 (available at ScienceDirect).
  18. Korsholm U, A. Mahura, A. Baklanov, A. Gross, C. Petersen, M. Bechmann (2009b) Aerosol–meteorology feedbacks on short time-scale in a convective case. Atmospheric Environment (submitted).
  19. Jacobson, M.Z. (2002) Atmospheric Pollution: History, Science and Regulation. Cambridge University Press.
  20. Jacobson, M.Z. (2005) Fundamentals of Atmospheric Modeling, Second Edition, Cambridge University Press, New York, 813 pp.
  21. Jacobson, M.Z. (2006) Comment on «Fully coupled ‘on-line’ chemistry within the WRF model,» by Grell et al., Atmos. Environ., 39, pp. 6957–697.
  22. Lawrence, M.G., Ø. Hov, M. Backmann, J. Brandt, H. Elbern, H. Eskes, H. Feichter, M. Takigawa (2005) The Chemical Weather. Envir. Chem., 2, pp. 6–8.
  23. Marchuk, G.I. (1982) Mathematical modeling in the environmental problems. Moscow, Nauka.
  24. Penenko, V.V., A.E. Aloyan (1985) Models and methods for environment protection problems. Nauka, Novosibirsk (in Russian).
  25. Uno, I. et al., (2003) Regional chemical weather forecasting system CFORS: Model descriptions and analysis of surface observations at Japanese island stations during the ACE–Asia experiment, J. Geophys. Res., 108 (D23), 8668, DOI: 10.1029/2002JD002845.
  26. Semazzi, F. (2003) Air quality research: perspective from climate change modelling research. Environment International, 29, pp. 253–261.
  27. Valcke, S., E. Guilyardi, C. Larsson (2006) PRISM and ENES: A European approach to Earth system modelling. Concurrency Computat.: Pract. Exper., 18, pp. 231–245.
  28. Vogel, B., C. Hoose, H. Vogel, Ch. Kottmeier (2006) A model of dust transport applied to the Dead Sea area. Meteorologische Zeitschrift, 14, pp. 611–624.
  29. Watson, R.T. et al. (1997) The regional impacts of climate change: an assessment of vulnerability. Special Report for the Intergovernmental Panel on Climate Change.
  30. Wolke, R., O. Hellmuth, O. Knoth, W. Schröder, B. Heinrich, E. Renner (2003) The chemistry-transport modeling system LM–MUSCAT: Description and CITYDELTA applications. Proceedings of the 26-th International Technical Meeting on Air Pollution and Its Application. Istanbul, May 2003, pp. 369–379.
  31. Zhang, Y. (2008) Online-coupled meteorology and chemistry models: history, current status, and outlook. Atmos. Chem. Phys., 8, pp. 2895–2932.
Скачать полный текст (PDF)