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Enregistrement W3156227525 · doi:10.5194/acp-21-14427-2021

Evaluation and intercomparison of wildfire smoke forecasts from multiple modeling systems for the 2019 Williams Flats fire

2021· article· en· W3156227525 sur OpenAlexaff
Xinxin Ye, Pargoal Arab, Ravan Ahmadov, Eric James, Georg Grell, R. Bradley Pierce, Aditya Kumar, Paul A. Makar, Jack Chen, Didier Davignon, Greg Carmichael, Gonzalo A. Ferrada, Jeff McQueen, Jianping Huang, Rajesh Kumar, L. K. Emmons, F. L. Herron-Thorpe, Mark Parrington, Richard Engelen, Vincent‐Henri Peuch, Arlindo da Silva, A. J. Soja, Emily Gargulinski, Elizabeth B. Wiggins, Johnathan W. Hair, Marta A. Fenn, Taylor Shingler, Shobha Kondragunta, Alexei Lyapustin, Yujie Wang, B. N. Holben, D. M. Giles, Pablo E. Saide

Notice bibliographique

RevueAtmospheric chemistry and physics · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEarth and Planetary Sciences
ThématiqueAtmospheric chemistry and aerosols
Établissements canadiensEnvironment and Climate Change Canada
Organismes subventionnairesNuclear Safety and Security CommissionNational Aeronautics and Space AdministrationGoddard Space Flight CenterNational Oceanic and Atmospheric AdministrationNational Center for Atmospheric ResearchNational Science Foundation
Mots-clésEnvironmental scienceSmokePlumeAir quality indexMeteorologyBiomass burningAtmospheric sciencesClimatologyChemical transport modelAerosolGeographyGeology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Wildfire smoke is one of the most significant concerns of human and environmental health, associated with its substantial impacts on air quality, weather, and climate. However, biomass burning emissions and smoke remain among the largest sources of uncertainties in air quality forecasts. In this study, we evaluate the smoke emissions and plume forecasts from 12 state-of-the-art air quality forecasting systems during the Williams Flats fire in Washington State, US, August 2019, which was intensively observed during the Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality (FIREX-AQ) field campaign. Model forecasts with lead times within 1 d are intercompared under the same framework based on observations from multiple platforms to reveal their performance regarding fire emissions, aerosol optical depth (AOD), surface PM 2.5 , plume injection, and surface PM 2.5 to AOD ratio. The comparison of smoke organic carbon (OC) emissions suggests a large range of daily totals among the models, with a factor of 20 to 50. Limited representations of the diurnal patterns and day-to-day variations of emissions highlight the need to incorporate new methodologies to predict the temporal evolution and reduce uncertainty of smoke emission estimates. The evaluation of smoke AOD (sAOD) forecasts suggests overall underpredictions in both the magnitude and smoke plume area for nearly all models, although the high-resolution models have a better representation of the fine-scale structures of smoke plumes. The models driven by fire radiative power (FRP)-based fire emissions or assimilating satellite AOD data generally outperform the others. Additionally, limitations of the persistence assumption used when predicting smoke emissions are revealed by substantial underpredictions of sAOD on 8 August 2019, mainly over the transported smoke plumes, owing to the underestimated emissions on 7 August. In contrast, the surface smoke PM 2.5 (sPM 2.5 ) forecasts show both positive and negative overall biases for these models, with most members presenting more considerable diurnal variations of sPM 2.5 . Overpredictions of sPM 2.5 are found for the models driven by FRP-based emissions during nighttime, suggesting the necessity to improve vertical emission allocation within and above the planetary boundary layer (PBL). Smoke injection heights are further evaluated using the NASA Langley Research Center's Differential Absorption High Spectral Resolution Lidar (DIAL-HSRL) data collected during the flight observations. As the fire became stronger over 3–8 August, the plume height became deeper, with a day-to-day range of about 2–9 km a.g.l. However, narrower ranges are found for all models, with a tendency of overpredicting the plume heights for the shallower injection transects and underpredicting for the days showing deeper injections. The misrepresented plume injection heights lead to inaccurate vertical plume allocations along the transects corresponding to transported smoke that is 1 d old. Discrepancies in model performance for surface PM 2.5 and AOD are further suggested by the evaluation of their ratio, which cannot be compensated for by solely adjusting the smoke emissions but are more attributable to model representations of plume injections, besides other possible factors including the evolution of PBL depths and aerosol optical property assumptions. By consolidating multiple forecast systems, these results provide strategic insight on pathways to improve smoke forecasts.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,004
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,077
Score d'incertitude au seuil0,154

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0040,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0010,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,029
Tête enseignante GPT0,240
Écart entre enseignants0,211 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations86
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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