Simulation of the Dust Aerosol and its Climatic Effect over East Asia using WRF-Chem model

Abstract:

WRF-Chem model is used to investigate the seasonal and inter-annual variations of mineral dust over East Asia during 2007-2011, with a focus on the dust mass balance and its direct radiative forcing and climatic impact. A variety of in-situ measurements and satellite observations have been used to evaluate the simulation results. Generally, WRF-Chem reasonably reproduces not only the column variability but also the vertical profile and size distribution of mineral dust over and near the dust source regions. In addition, the dust lifecycle and processes that control the seasonal and spatial variations of dust mass balance are investigated in seven sub-regions. Dust direct radiative forcing in a surface cooling of up to -14 and -10 W m-2, atmospheric warming of up to 9 and 2 W m-2, and TOA cooling of -5 and -8 W m-2, respectively. The ability of WRF-Chem to capture the measured features of dust optical and radiative properties and dust mass balance over East Asian provides confidence for future investigation of East Asia dust impact on regional or global climate. Over the Tibetan Plateau, dust modifies the atmospheric heating profiles and cloud properties, leading to a decrease of snowfall and hence snow coverage on the ground. These results are from a reduction of surface albedo and increased surface temperature, further accelerating snowmelt. This impact is smallest in summer, when the snow coverage is relative low. Over the East China-Korea-Japan regions, dust modifies the atmospheric heating profiles and cloud properties. Dust induces significant changes in the magnitudes and diurnal variations of surface temperature. Cloud liquid water content is also significantly impacted, as reflected in changes of cloud forcing at the top of the atmosphere (TOA) with a maximum in summer. The dust impacts on spatial distribution of precipitation and wind circulation are also investigated, showing distinct seasonality of dust impact on the regional climate over East Asia.