气溶胶组分是理解其对气候影响的关键。近年来，随着气溶胶测量技术的进步和观测活动的增加，我们对大气中气溶胶的化学成分及其演变过程有了显著进展。然而，在地球系统模型中，气溶胶的生长物理过程仍需更全面的模拟，以缩小模型结果与观测数据之间的差距，减少气候预测中的不确定性。

为应对这一科学挑战，复旦大学大气与海洋科学系青年研究员高聿超最新研究成果《Global Influence of Organic Aerosol Volatility on Aerosol Microphysical Processes: Composition and Number》正式发表在Journal of Advances in Modeling Earth Systems（JAMES）上，标志着地球系统模式GISS-MATRIX-VBS模型的首次亮相。GISS-MATRIX-VBS的诞生是大气气溶胶模拟领域的重要进展，它能够在全球尺度上精确模拟大气中有机物的分配和演变过程，为深入理解气溶胶微观物理过程提供了先进的工具。

GISS-MATRIX-VBS模型的开发基于高老师在盒模型尺度上建立的初代MATRIX-VBS模型。本次研究将该模型整合到NASA GISS地球系统模式中，成功实现了挥发性有机气溶胶微物理过程与混合状态的全球范围模拟。与传统的未考虑有机气溶胶挥发性的模式相比，GISS-MATRIX-VBS能够更为准确地捕捉有机物质在气相和颗粒相之间的分配过程，并考虑其光化学老化效应，从而更真实地展现气溶胶在大气中的传输与演变。

在模型性能评估过程中，研究将GISS-MATRIX-VBS与前期未考虑气溶胶挥发性的模式版本进行了对比，详细分析了其质量浓度、数目浓度及激活数目浓度的差异，并通过与NASA ATom大气层飞机观测数据的对比验证了模型结果。研究发现，由于GISS-MATRIX-VBS模型中的有机物具有半挥发性，可在气相和颗粒相之间蒸发和再冷凝，因此其模拟的有机气溶胶在全球范围内呈现出更广泛的扩散，尤其在高空有更高的浓度（图1）。研究进一步表明，GISS-MATRIX-VBS模型中有机气溶胶的全球负荷量增加了50%，地表颗粒数目显著增多，而激活的云凝结核数量在多数区域有所减少。这些结果表明，GISS-MATRIX-VBS模型在地表和高空的模拟表现与实际观测数据高度吻合，尤其在地表浓度上有较高的准确性。

图1. GISS-MATRIX-VBS模型与未考虑有机气溶胶挥发性的模型在全球年平均有机气溶胶质量模拟上的差异

GISS-MATRIX-VBS的推出不仅加深了我们对气溶胶微观物理过程的理解，也为全球气候模拟和气溶胶微物理过程的研究提供了先进的技术支持。这一研究得到了国家自然科学基金青年科学基金项目（批准号: 42305105）支持，并与NASA、美国哥伦比亚大学和丹麦奥胡斯大学的研究人员合作完成。此外，GISS-MATRIX-VBS模型目前已成功安装于复旦大学江湾校区的服务器上并稳定运行，为进一步的科研应用和拓展研究打下了坚实基础。

论文信息：

 Gao, C. Y., Bauer, S. E., Tsigaridis, K., &Im, U. (2024). Global influence of organic aerosol volatility on aerosol microphysical processes: Composition and number. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 16, e2023MS004185.

https://doi.org/10.1029/2023MS004185