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GEOS-Chem
GEOS-Chem大气化学传输模型

GEOS-Chem 是模拟大气成分的全球 3-D 化学传输模型,驱动气象场来自NASA全球模拟同化和戈达德地球观测系统(Goddard Earth Observing System)的同化数据。 GEOS-Chem 模型主要由哈佛大学大气化学建模组和华盛顿大学大气成分分析组来提供核心管理和支持。 多年来,GEOS-Chem 作为比较先进的全球大气化学传输模型,在世界范围内被广泛应用于大气组分和传输过程的研究。GEOS-Chem 是开放访问的,可以通过 github 下载,它也完全支持在亚马逊云计算平台上使用。

GEOS-Chem 的离线版本允许使用 GEOS-Chem 打包的 NASA-GEOS 数据,可以模拟1979年到现在的任何时期的大气成分。GEOS-Chem 可以模拟全球数据,也可以通过动态边界条件(嵌套模式)在用户选择的区域上进行模拟。 GEOS-Chem 的在线应用程序使用独立的 GEOS-Chem 化学模块,该模块对运行时指定的任何网格在一维大气柱上执行化学、气溶胶微物理、辐射、排放和沉积。在在线应用中,化学物质的运输是通过与地球化学相结合的天气或气候模型进行的。 GEOS-Chem(HEMCO)的排放组件也可以独立于 GEOS-Chem 的其他部分使用,或者作为天气/气候模型中的通用数据代理。GEOS-Chem 以这种方式与 NASA-GEOS 地球系统模型、WRF天气模型、北京气候中心地球系统模型和社区地球系统模型进行了耦合。

想了解关于 GEOS-Chem 更详细的模型设置、安装说明和使用方法等,请访问 GEOS-Chem

全球碳同化模型

充分利用多源碳卫星高密度、高覆盖的 CO2 柱浓度数据,针对较高维的同化系统中同化卫星资料计算消耗巨大等问题,构建和发展了多源碳卫星 XCO2 数据同化和碳通量反演系统。 该反演系统基于局地集合卡尔曼滤波(LETKF)显式局地化、集合空间转换以及四维扩展的思想,发展了基于 GEOS-Chem 大气传输模型的高效灵活的数据同化算法——4D-LETKF-CO2 并将自适应背景误差协方差膨胀因子方案引入该同化系统,实现多时次、高密度的多源碳卫星数据的高效同化。 为减小 CO2 初始浓度误差传递以及同时优化的信号干扰问题,构建了 CO2 浓度与通量交替优化的同化系统框架和方案,反演获得全球 2°×2.5° 网格、逐日的 CO2 通量数据集和近地表及各层 CO2 浓度数据集。

该同化系统主要包括模型代码模块,模型排放数据输入和计算工具模块 HEMCO,通量预报和计算模块,同化计算模块,模型数据模块,卫星数据模块, 以及循环内部和循环间的衔接模块。



图1. 联合 GOSAT/OCO-2 卫星数据同化反演的通量月均值与单独同化 OCO-2 和GOSAT 结果的差异空间分布。
左列为联合反演通量减 OCO-2 反演结果;右列为联合反演通量减 GOSAT反演结果;自上而下分别是 2015 年7月,9月和2016 年1月和4月。


图2. 全球陆地生态系统碳通量优化前后的时空分布以及差异时空分布。
左列为先验碳通量,中间列为优化后的碳通量,右列为优化后通量减先验通量;自上而下分别为 2015年7 月,9月,2016 年1月,4月。


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