GEOS-Chem项目中CO2模拟与碳模拟中CO2差异的分析与解决
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem 在GEOS-Chem大气化学模型中，CO2的模拟可以通过两种方式进行：一种是专门的CO2模拟（CO2 simulation），另一种是通过更全面的碳模拟（carbon simulation）中的CO2组分。近期开发人员在准备将CH4、CO2和tagCO模拟统一到碳模拟框架下时，发现了这两种方式在CO2浓度计算结果上存在差异。
问题发现与初步分析
开发团队在对比2019年1月1日单日模拟结果时，发现碳模拟中的CO2组分与独立CO2模拟之间存在显著差异，特别是在地表CO2浓度分布上。这种差异的存在阻碍了将独立CO2模拟完全迁移到碳模拟框架下的计划。
通过设置三个对比实验：
- 标准4x5分辨率MERRA-2气象场下的CO2模拟
- 相同设置下仅包含CO2组分的碳模拟
- 完整碳模拟
研究人员发现差异主要来自几个关键配置问题。
问题根源与解决方案
1. 船舶排放源缺失
在碳模拟的HEMCO配置文件中，SHIP逻辑标志未被正确定义，导致尽管CEDSv2_SHIP设置为true，船舶排放源实际上并未被读取。这是造成差异的主要原因之一。修复后，两种模拟之间的差异显著减小。
2. 诊断文件配置不一致
进一步检查发现：
- CO2模拟中未定义DiagnFile文件，导致排放诊断数据未被保存
- 碳模拟中使用了更新版的Aviation_SurfCorr_SclFac.1x1.nc输入文件（为符合COARDS标准并兼容GCHP而更新）
虽然这些配置差异不影响CO2模拟的核心计算结果，但会导致诊断输出不一致。
3. 化学过程的影响
关闭化学反应后，剩余的差异消失。深入调查显示，CO2_COPROD（CO2作为化学副产物）源在两种模拟中都被启用，可能在碳模拟中被重复计算。
验证与结果
经过上述问题的修复后，开发团队成功实现了：
- CO2模拟与仅含CO2组分的碳模拟结果完全一致
- 地表CO2浓度差异被消除
- 排放源处理方式达到统一
这些修改已被合并到开发分支，并将在GEOS-Chem 14.5.1版本中发布。值得注意的是，此次修复仅针对GCClassic模式，GCHP模式中的类似问题将单独处理。
技术意义与影响
这项工作的完成具有重要意义：
- 为统一GEOS-Chem中的碳循环模拟框架扫清了障碍
- 提高了不同模拟配置间结果的一致性
- 展示了配置细节对模型结果的重要影响
- 为未来模型开发和验证提供了重要参考
对于GEOS-Chem用户而言，这意味着可以更自信地使用碳模拟框架来研究CO2及其他碳组分，而不用担心与专门CO2模拟的结果存在系统性差异。这也为未来模型的简化和统一奠定了基础。
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
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