GEOS-Chem嵌套网格模拟中边界条件单位转换问题的分析与修复

GEOS-Chem嵌套网格模拟中边界条件单位转换问题的分析与修复

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

在GEOS-Chem大气化学传输模型的最新版本14.6.0和14.6.1中，研究人员发现了一个影响嵌套网格模拟结果的重要技术问题。这个问题导致边界条件处理时单位系统不一致，使得嵌套网格边界处的浓度值异常偏高。

问题背景

GEOS-Chem模型在进行嵌套网格模拟时，需要从粗网格向细网格传递边界条件。这一过程涉及复杂的单位转换和数值插值。在14.6.0版本之前，模型在获取边界条件时会自动将浓度单位从mol/mol转换为kg/kg干空气，这是后续处理步骤所期望的单位系统。

问题发现

哈佛大学的研究人员Melissa Sulprizio在使用14.6.1版本运行IMI(集成甲烷反演系统)时，通过比较一个月旋转期后的CH4浓度场，发现了明显的异常。与14.4.1版本相比，14.6.1版本在嵌套网格边界处产生了显著更高的甲烷浓度值，这表明边界条件处理存在问题。

技术分析

深入调查发现，问题源于PR #2521中的修改。该修改移除了Get_Boundary_Conditions例程中的单位转换步骤，但后续的set_boundary_conditions_mod模块仍然期望输入数据是kg/kg干空气单位。这种单位系统的不匹配导致了边界条件的错误放大。

具体来说：

1. 边界条件获取模块不再执行mol/mol到kg/kg干空气的转换
2. 边界条件设置模块仍按kg/kg干空气单位处理数据
3. 结果导致实际应用的边界条件值比预期高得多

影响范围

这一问题影响所有使用14.6.0和14.6.1版本进行的嵌套网格模拟，特别是：

• 使用0.25x0.3125等高分辨率嵌套网格的模拟
• 涉及长时间积分的研究(如CH4等长寿命气体)
• 需要精确边界条件处理的区域空气质量研究

解决方案

开发团队迅速响应，在14.6.2开发分支中修复了这一问题。修复方案包括：

1. 恢复边界条件获取过程中的单位转换
2. 确保整个边界条件处理链的单位系统一致性
3. 通过回归测试验证修复效果

对用户的建议

对于使用14.6.0或14.6.1版本进行嵌套网格模拟的用户：

1. 建议升级到14.6.2或更高版本
2. 如无法升级，可手动添加单位转换代码
3. 重新评估受影响的模拟结果，特别是边界区域的数据

这一问题的发现和修复过程展示了GEOS-Chem社区对模型质量的持续关注和快速响应能力，也提醒我们在进行代码修改时需要全面考虑各模块间的接口一致性。

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