气候变化通过改变气象条件如气温、湿度、降水、风速、云量、边界层高度等以及自然源排放如BVOCs、土壤和闪电氮氧化物排放、扬尘排放等影响空气质量。另一方面，大气污染物可以通过散射或反射太阳辐射对辐射强迫产生影响或是通过影响云微物理特性从而反过来影响气候系统。然而全球气候化学模式分辨率较粗，对于区域性的模拟捕捉偏差较大，因此往往采用降尺度的方法通过全球模式为区域模式提供初始场和边界场，但这些研究往往是单向的，缺乏气象与化学之间的双向反馈作用。
本研究使用CESM模式降尺度驱动双向耦合的WRF-CMAQ模式进行了四组模拟，第一组为CESM驱动的2006-2010年的基准实验，用于评价模型性能；第二组为CESM驱动的2006-2010年关闭气溶胶直接辐射效应的敏感性实验，用于评估气溶胶直接辐射效应对区域气候和空气质量的影响；第三组和第四组为NCEP再分析资料驱动的2013年基准实验，用于评估模型的一些改进对模拟效果提升的影响。
对多年模拟的气候结果来看，模型对2米气温和2米相对湿度都模拟较好，相关系数分别达到0.97和0.72；风速和降水分别高估22.2%和27.4%。四个气象要素均在我国东部地区表现较好，在地形复杂区域表现较差。对比卫星观测结果来看，云量有所低估（-30.5%），可能受模式的云微物理方案影响；长波向下辐射模拟较好，短波向下辐射有所高估（14.1%），可能与云量低估有关。模型对主要变量柱浓度的模拟也较好，CO、NO2、HCHO、O3的柱浓度偏差分别为-11.7%、18.3%、-4.0%、16.4%。
对2013年1月、4月、7月的空气质量分别进行模拟。结果如下表所示。CO在所有月份均存在低估，可能与排放的不确定性有关。1月、4月SO2、NO2、PM2.5模拟较好，7月O3有所高估，可能受短波向下辐射通量高估以及NO2高估的影响。模型基本能够复现重点地区污染物的时间序列，京津冀、长三角地区夜间PM2.5浓度的高估可能与湍流边界层参数化方案的偏差有关。
气溶胶直接辐射效应导致到达地面的短波辐射通量减少，地面气温降低，吸光性气溶胶使得边界层上层气温升高，增强了近地面层逆温，加剧了大气层的稳定性。1月向下短波辐射通量和边界层高度分别减少14%（21.8W m-2）和7.6%（35.7 m），地面气温降低0.45℃，主要污染物浓度增强4.8-9.5%。
原文题目：Multi-year downscaling application of two-waycoupled WRF v3.4 and CMAQ v5.0.2 over east Asia for regional climate and airquality modeling: model evaluation and aerosol direct effects
发表期刊：Geosci. Model Dev.
作者：Chaopeng Hong, Qiang Zhang, Yang Zhang, Youhua Tang, Daniel Tong, and Kebin He
第一作者机构：Ministry of Education Key Laboratory for Earth System Modeling, Department of Earth System Science, Tsinghua University, Beijing 100084, China
