GEOS-Chem模型嵌套网格模拟中的spin-up策略与注意事项

GEOS-Chem模型嵌套网格模拟中的spin-up策略与注意事项

geos-chem GEOS-Chem "Science Codebase" repository. Contains GEOS-Chem science routines, run directory generation scripts, and interface code. This repository is used as a submodule within the GCClassic and GCHP wrappers, as well as in other modeling contexts (external ESMs). 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem

引言

在使用GEOS-Chem大气化学传输模型进行区域模拟时，特别是针对东亚地区重金属排放的模拟研究，合理的spin-up过程和嵌套网格设置对模拟结果的准确性至关重要。本文将详细介绍GEOS-Chem模型中spin-up模拟的最佳实践方法，帮助研究人员正确设置模拟流程。

spin-up模拟的必要性

spin-up过程是指模型从初始状态达到动态平衡所需的预热阶段。对于GEOS-Chem模型，特别是涉及重金属等长寿命物质的模拟，充分的spin-up可以确保：

1. 大气中各组分浓度达到合理的平衡状态
2. 消除初始条件中可能存在的异常值影响
3. 使模型物理和化学过程充分耦合

spin-up时间长度建议

根据GEOS-Chem官方推荐，spin-up时长应根据模拟类型确定：

• 全化学模拟：建议至少6个月spin-up时间
• 重金属等快速响应模拟：建议1年spin-up以充分捕捉季节变化特征

例如，若正式模拟从2019年1月1日开始运行1年，则spin-up应至少从2018年7月1日（6个月）或2018年1月1日（1年）开始。

spin-up模拟配置要点

spin-up模拟的配置应与正式模拟保持一致，特别注意：

1. 排放源设置：必须包含所有排放文件，与正式模拟相同
2. 化学机制：使用相同的化学反应方案
3. 干湿沉降：保持相同的沉降参数化方案
4. 初始条件：可使用模型提供的默认restart文件作为起点

多年度连续模拟策略

对于跨年度的连续模拟（如2019-2021年），应采用链式restart策略：

1. 2019年模拟使用spin-up生成的restart文件
2. 2020年模拟使用2019年模拟结束时的restart文件
3. 2021年模拟使用2020年模拟结束时的restart文件

这种连续传递restart文件的方法可确保各年度模拟间的连续性。

嵌套网格模拟流程

完整的嵌套网格模拟应遵循以下步骤：

1. 进行全球网格的spin-up模拟
2. 运行全球网格的正式模拟（外网格）
3. 从全球模拟中提取边界条件
4. 进行嵌套网格（东亚区域）的正式模拟

边界条件应保存为3小时间隔，以确保嵌套网格模拟获得足够的时间分辨率。

常见问题解决方案

1. 初始条件时间不匹配：通过调整HEMCO配置中的时间循环标志处理
2. 历史排放数据缺失：可设置排放源循环使用最近年份数据
3. restart文件管理：建议建立规范的命名和存储体系

结论

合理的spin-up设置是确保GEOS-Chem模拟结果可靠性的关键环节。对于重金属等特殊组分的模拟，建议采用更长的spin-up时间，并特别注意排放源和边界条件的连续一致性。通过规范的模拟流程设计和restart文件管理，可获得更加准确可靠的模拟结果。

geos-chem GEOS-Chem "Science Codebase" repository. Contains GEOS-Chem science routines, run directory generation scripts, and interface code. This repository is used as a submodule within the GCClassic and GCHP wrappers, as well as in other modeling contexts (external ESMs). 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ge/geos-chem