热浪叠加雾霾、暴雨后臭氧飙升——全球变暖背景下，极端天气与空气污染的“狼狈为奸”正成为新的环境威胁。传统气候模型因分辨率不足，难以捕捉这些复杂互动，导致预测偏差高达60%以上。近日，《Frontiers of Environmental Science & Engineering》发表的研究指出，高分辨率地球系统模型正成为破解这一难题的关键，其模拟精度较传统模型提升62%，为城市防灾减灾提供了“超级显微镜”。

传统模型“看不清”的微观互动

当2022年巴基斯坦洪水与东亚热浪同时肆虐时，传统气候模型未能解释两者间的关联——直到高分辨率模型揭示：巴基斯坦强对流加热引发的大气波动，经青藏高原传导后加剧了东亚高温。这种跨区域“遥相关”现象，正是传统低分辨率模型（100-200公里网格）的“盲区”。

论文指出，传统模型如同“模糊望远镜”，无法分辨城市热岛与周边农田的排放差异，常高估臭氧浓度。以我国东部为例，2015-2019年夏季臭氧模拟偏差达30%，而高分辨率模型通过细化至25公里网格，清晰捕捉到VOCs（挥发性有机物）与NOx（氮氧化物）的非线性反应，将偏差降至11%。

“数字地球”：从千米级网格到AI加速

高分辨率模型如何实现“精准观测”？研究团队开发的SW-HRESM模型，如同给地球装上“CT扫描仪”：

• 动态降尺度技术：嵌套在全球模型中的区域模型，将网格精度提升至1公里，可分辨单个雷暴云团的生成；
• 多圈层耦合：陆地植被的蒸腾作用、海洋涡旋的热量输送均被纳入计算，例如通过叶面积指数（LAI）调整植物气孔导度，使臭氧干沉降模拟更准确；
• AI“加速器”：机器学习替代部分复杂化学模块，将计算效率提升10倍，原本需20天的模拟现在2天即可完成。

这些改进让模型成功再现了2023年长江流域热浪与臭氧污染的协同效应：高温导致VOCs排放量激增30%，同时抑制臭氧扩散，形成“污染锅盖”。

从科研到防灾：城市的“天气-污染”预警系统

高分辨率模型的应用已展现实际价值。在青岛沿海，模型提前72小时预测到2024年夏季“海雾-臭氧”复合污染过程：海雾中的水汽加速臭氧前体物反应，导致市区臭氧浓度短时突破200μg/m³。基于此，当地环保部门启动应急减排，使峰值浓度降低25%。

论文同时指出挑战： kilometer级模拟仍需超级计算机支持，且对突发性极端事件（如突发性暴雨引发的空气污染扩散）预测能力有限。未来，结合卫星观测与AI同化技术，或能进一步提升模型“应急响应”速度。

这项研究为城市应对复合型环境风险提供了新工具。

来源: FESE Message