最近，bwin必赢杨修群教授课题组与美国太平洋西北国家实验室钱云教授研究组合作在有关火排放气溶胶辐射效应研究方面取得了进展。通过结合牛顿松弛（又称nudging）与集合模拟两种方法，评估了火排放气溶胶在短时间尺度(< 2个星期)的有效辐射效应，并对方法的可行性和必要性展开讨论。该研究工作以《Investigation of short-term effective radiative forcing of fire aerosolsover North America using nudged hindcast ensembles》为题发表于杂志《Atmospheric Chemistry and Physics》。
火活动是构成地球系统的重要成分，有着深远的生态，经济和社会效应。火活动所排放的气溶胶通过与辐射和云相互作用，在不同时间尺度均可显著地影响地气系统的辐射收支。然而由于火活动通常具有短时、间歇的特点，这给评估火排放气溶胶对天气-气候的影响带来了困难。基于这个问题，该研究工作使用CAM5模式， 评估火排放气溶胶在短时间尺度的有效辐射效应。为了考虑火排放强度和火排放高度的不确定性，研究中使用三套不同的火排放资料驱动模式。就短时间模式模拟而言，气象场很小的扰动可能会对局地的气溶胶和云的性质带来很大的影响，进而使评估的结果具有很大的不确定性。与已有的研究工作不同，该工作将nudging与集合模拟的方法相集合，一方面使用时间尺度为6小时的nudging约束水平风场，帮助在短时间模拟中提取与火排放气溶胶的变化相关的信号。另一方面，采用十分微弱的温度场nudging（时间尺度为10-11天）并通过扰动nudging的时间尺度产生集合成员，借助集合模拟的方法研究温度场微小扰动对评估结果的影响。
图1. 三组使用不同火排放资料的试验中2009年4月1日-10日期间10天平均的集合平均的火排放气溶胶的短波云辐射效应(SCRE) (Wm-2
)。图中打点的区域表示该处得到的辐射效应通过95%信度的KS检验
在确认模式对火排放气溶胶有较好的模拟能力后，研究工作分别评估火排放气溶胶10天平均和单日的有效辐射效应。十天平均的结果表明，火排放气溶胶通过影响暖云和冰云的性质，在美国中部和墨西哥南部地区产生显著的短波云辐射效应。使用不同火排放资料的试验得到的结果具有相似的空间分布特征，但强度和通过显著性检验的区域有所差异。当时间缩短为单日时，尽管同组试验中各集合成员模拟得到的AOD十分相近，但不同成员模拟得到的云辐射强迫却存在很大的差异。这表明，尽管使用nudging约束了大尺度环流场，然而云的性质以及云对气溶胶变化的响应仍然对气象场的微小扰动十分敏感。因此在评估火排放气溶胶短时间尺度的辐射效应时，仅使用单个成员是不够的。
该研究工作的主要结论包括：（1）模式对火排放气溶胶垂直积分的性质具有较好的模拟能力；（2）模式对火排放气溶胶垂直分布情况的模拟受到火排放高度的影响；（3）使用短时间模式模拟评估火排放气溶胶的辐射效应时，有必要进行包含多个成员的集合模拟。这些结论将为以后的模式研究提供参考。
本研究受到国际自然科学基金，国家重点基础研究发展规划（973计划）和美国能源部区域和全球气候模式项目的资助。论文第一作者是bwin必赢博士生刘亚雯，联合通讯作者为杨修群教授和钱云教授。