GEOS-Chem中追踪OH自由基生成与消耗速率的实现方法-优快云博客

GEOS-Chem中追踪OH自由基生成与消耗速率的实现方法

【免费下载链接】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

背景介绍

在GEOS-Chem大气化学模型中，OH自由基是最重要的氧化剂之一，它在大气化学过程中起着核心作用。准确追踪OH自由基的生成(POH)和消耗(LOH)速率对于理解大气氧化能力至关重要。本文将详细介绍如何在GEOS-Chem v14.3.0版本中实现这一功能。

实现步骤

1. 修改KPP机制文件

首先需要在fullchem.kpp文件中添加OH自由基的生成和消耗家族定义：

#FAMILIES
POH : OH;  // OH生成速率追踪
LOH : OH;  // OH消耗速率追踪

这一修改会告诉KPP预处理器需要为OH自由基的生成和消耗创建专门的追踪变量。

2. 重新编译KPP机制

修改完成后，需要重新编译KPP机制：

cd ~/GCClassic14.3.0/src/GEOS-Chem/KPP/
./build_mechanism.sh fullchem

成功编译后，可以在生成的gckpp_*.F90文件中看到新增的POH和LOH相关代码。

3. 更新物种数据库

在运行目录的species_database.yml文件中添加POH和LOH的定义：

POH:
  FullName: OH生成速率追踪虚拟物种
  Is_Gas: true
  MW_g: 17.01  # 使用OH的分子量
LOH:
  FullName: OH消耗速率追踪虚拟物种
  Is_Gas: true
  MW_g: 17.01

4. 配置输出选项

在HISTORY.rc文件中配置ProdLoss输出集合：

COLLECTIONS: ProdLoss
  ProdLoss.template: '%y4%m2%d2_%h2%n2z.nc4',
  ProdLoss.format: 'CFIO',
  ProdLoss.frequency: 010000
  ProdLoss.duration: 010000
  ProdLoss.mode: 'instantaneous'
  ProdLoss.fields: 'Prod_?PRD?', 'Loss_?LOS?',
::

5. 完整重新编译

关键步骤：完成上述修改后，必须重新编译整个GEOS-Chem代码，而不仅仅是KPP部分。这是许多用户容易忽略的重要步骤。

验证与调试

如果按照上述步骤操作后仍未看到预期的输出变量，可以检查以下方面：

确认KPP重新编译过程没有报错
检查gckpp_Monitor.F90中是否包含POH和LOH的定义
确保运行目录的species_database.yml修改正确
确认进行了完整的GEOS-Chem重新编译

技术原理

在GEOS-Chem中，这种追踪特定物种生成和消耗速率的方法基于KPP的"家族"功能。通过定义POH和LOH作为OH的家族，KPP会自动计算所有涉及OH生成的化学反应的总和作为POH，所有消耗OH的化学反应的总和作为LOH。

应用价值

成功实现OH自由基生成和消耗速率的追踪后，研究人员可以：

分析不同区域和季节OH自由基的主要来源
研究OH自由基消耗的主要途径
评估模型对大气氧化能力的模拟
验证和改进化学机制

总结

在GEOS-Chem中实现OH自由基生成和消耗速率的追踪需要修改KPP机制文件、更新物种数据库并正确配置输出选项。最关键的是要确保在修改后进行完整的代码重新编译。这一功能为研究大气氧化过程提供了重要工具，有助于深入理解大气化学机制。

创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考