B. Gaubert, L. K. Emmons, K. Raeder, S. Tilmes, K. Miyazaki, A. F. Arellano Jr., N. Elguindi, C. Granier, W. Tang, J. Barré, H. M. Worden, R. R. Buchholz, D. P. Edwards, P. Franke, J. L. Anderson, M. Saunois, J. Schroeder, J.-H. Woo, I. J. Simpson, D. R. Blake, S. Meinardi, P. O. Wennberg, J. Crounse, A. Teng, M. Kim, R. R. Dickerson, H. He, X. Ren, S. E. Pusede, G. S. Diskin, National Center for Atmospheric Research [Boulder] (NCAR), Laboratoire d'aérologie (LAERO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées, Liebherr Aerospace Toulouse SAS (Toulouse, France), Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (LSCE), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Modélisation INVerse pour les mesures atmosphériques et SATellitaires (SATINV), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), and Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Global coupled chemistry–climate models underestimate carbon monoxide (CO) in the Northern Hemisphere, exhibiting a pervasive negative bias against measurements peaking in late winter and early spring. While this bias has been commonly attributed to underestimation of direct anthropogenic and biomass burning emissions, chemical production and loss via OH reaction from emissions of anthropogenic and biogenic volatile organic compounds (VOCs) play an important role. Here we investigate the reasons for this underestimation using aircraft measurements taken in May and June 2016 from the Korea–United States Air Quality (KORUS-AQ) experiment in South Korea and the Air Chemistry Research in Asia (ARIAs) in the North China Plain (NCP). For reference, multispectral CO retrievals (V8J) from the Measurements of Pollution in the Troposphere (MOPITT) are jointly assimilated with meteorological observations using an ensemble adjustment Kalman filter (EAKF) within the global Community Atmosphere Model with Chemistry (CAM-Chem) and the Data Assimilation Research Testbed (DART). With regard to KORUS-AQ data, CO is underestimated by 42 % in the control run and by 12 % with the MOPITT assimilation run. The inversion suggests an underestimation of anthropogenic CO sources in many regions, by up to 80 % for northern China, with large increments over the Liaoning Province and the North China Plain (NCP). Yet, an often-overlooked aspect of these inversions is that correcting the underestimation in anthropogenic CO emissions also improves the comparison with observational O3 datasets and observationally constrained box model simulations of OH and HO2. Running a CAM-Chem simulation with the updated emissions of anthropogenic CO reduces the bias by 29 % for CO, 18 % for ozone, 11 % for HO2, and 27 % for OH. Longer-lived anthropogenic VOCs whose model errors are correlated with CO are also improved, while short-lived VOCs, including formaldehyde, are difficult to constrain solely by assimilating satellite retrievals of CO. During an anticyclonic episode, better simulation of O3, with an average underestimation of 5.5 ppbv, and a reduction in the bias of surface formaldehyde and oxygenated VOCs can be achieved by separately increasing by a factor of 2 the modeled biogenic emissions for the plant functional types found in Korea. Results also suggest that controlling VOC and CO emissions, in addition to widespread NOx controls, can improve ozone pollution over East Asia.