数值预报方法在广州空气质量预报中的应用

空气污染预报涉及到多介质、多界面、多物质之间相互作用和耦合的多学科问题,文中概括地论述了空气污染数值预报的基本特征(尺度及预报时效、时空分辨率、多物质性、理化生过程耦合、城市空气污染气象与污染物排放特征);数值预报系统的基本构成(气象场预报和浓度场预报);模式原始资料的收集、分类整理,边界场、背景场和初始条件的处理;计算过程中Meso-α模式和Meso-β模式资料同化的处理以及数值预报模式系统的实际业务操作的及时性、可行性和准确性均作了细致深入的探讨.     

城市空气污染预报的特点及方法

论述了城市空气污染气象特征及城市空气污染与排放条件，从而证明城市空气污染预报的范围、时效及内容，并结合我省实际，介绍了空气污染预报系统中的几种主要方法。空气污染预报系统中的主要方法可按预报模式性能的不同，可分为潜势预报、统计模式和数值模式预报。按污染预报的要素不同，可分为污染潜势预报和污染浓度预报。     

美国环保局第三代空气质量预报和评估系统

美国环保局研制的第三代空气质量预报和评估系统(Models-3)。Models-3由程序管理、科学管理、模式构架、数据库管理、决策管理、软件管理以及研究设计七大部分组成。其中最主要的是程序管理部分。它由中尺度气象模式、排放模式以及通用多尺度空气质量模式三大模式组成。三大模式的核心是通用多尺度空气质量模式(CMAQ)。中尺度气象模式为CMAQ提供气象场的数据；排放模式为CMAQ提供排放物的资料；CMAQ则利用上述的数据资料对污染物在空气中的物理和化学过程进行空气质量的数值预报。文章给出了一个个例的预报结果。     

资料同化方法在空气污染数值预报中的应用研究

基于第5代中尺度非静力气象模式MM5以及区域气溶胶和沉积模式REMSAD耦合的空气污染数值预报模型系统,分别采用最优插值法和集合卡尔曼滤波法对南京2002-08～2002-09 NOx和SO2模型预报结果进行了资料同化试验,结果表明,NOx和SO2经最优插值法同化后偏差平均值的改进率分别为34.20%、47.53%,均方根误差的改进率分别为31.95%、42.04%;NOx和SO2经集合个数为30的集合卡尔曼滤波法同化后偏差平均值的改进率分别为26.73%、60.75%,均方根误差的改进率分别为25.20%、55.16%;说明最优插值法和集合卡尔曼滤波法都具有改善空气污染数值预报中污染物浓度初始场的作用.进行了集合卡尔曼滤波法中集合个数为61时2种同化方法同化效果比较的试验,结果表明,随着集合卡尔曼滤波法集合个数的增加,NOx和SO2的同化效果都较集合个数为30时有所改善,并且,集合卡尔曼滤波法对NOx和SO2模式预报结果的改善效果将好于最优插值法.     

城市空气污染数值预报的技术关键

在分析城市空气污染数值预报要素的基础上,建立了包括污染源排放清单,气象中尺度数值预报模型MM5,ADMS-城市模型软件的城市空气质量预报系统。首次提出了空气质量环境背景值的确定等提高城市空气污染预报准确率的有效措施。     

渤海流冰数值预报系统

随着渤海油气的开发和冰区航行的发展,石油公司和航运部门需要了解详细的渤海流冰的速度和方向。为此,国家海洋环境监测中心海冰室和国家海洋局青岛海洋预报台海冰组经过数年的合作建立了渤海流冰数值预报系统。该系统包括海冰场处理,风场处理,流场预报,流冰场预报和预报产品应用等五大部份。海冰场处理是对接收到的卫星冰图进行数学化处理,得到适用于计算的海冰厚度、密集度等初始场资料。风场处理是把预报出的气压场换算成渤海海面风场。利用流场预报模式对渤海流场进行数值预报。流冰预报场是     

基于BP神经网络的污染物浓度多模式集成预报

基于中国气象局雾-霾数值预报系统CUACE、北京区域环境气象数值预报系统BREMPS和华东区域大气环境数值预报系统WRF-Chem三个环境气象模式预报产品,利用BP神经网络方法建立多模式集成预报模型.首先通过实验得到BP神经网络的训练函数、隐含层节点数和训练样本长度分别为贝叶斯归一化训练函数trainbr、10和50.随后选取北京、天津和石家庄站点的预报结果检验该模型的预报性能.结果表明：（1）相对于单模式,BP神经网络集成预报的3~72h逐3h污染物浓度和观测之间的归一化平均偏差从-100%~200%降低到-20%~20%,污染物浓度和观测的均方根误差比各单模式降低15%以上,相关系数从0.1~0.8提升到0.3~0.85之间,说明其预报结果优于各单模式.（2）2016年AQI等级评估表明,集成模型预报的北京轻度和中度污染的TS评分分别比CUACE提高22%和10%,在天津重度污染的空报率和漏报率分别降低31%和25%.（3）2016年12月份的重污染过程评估发现,集成模型预报的PM_2.5浓度的演变趋势和实况基本相符.     

城市空气质量数值预报模式系统及其应用

介绍了一种城市空气质量数值预报模式系统 ,该系统由气象模式 (中尺度气象模式MM5及城市大气边界层模式CBLM)和大气污染物输送扩散化学模式组成 .将模式系统应用于南京市 ,试预报结果同监测结果一致 ,表明模式具有较好的模拟性能 .模式系统试运行后的检验改进工作 ,气象资料、污染源及环境参数等质量的提高 ,预报结果检验方法的确定等都是模式系统业务化时应予以充分考虑的 .     

济南市空气质量数值预报研究

在大规模大气环境参数综合野外测试资料的基础上,为在济南市开展大气污染业务预报新近开发了空气质量数值预报模式系统.该系统由污染源模型(SM)、下垫面参数化模型(XDM)、诊断模式(DM)、中尺度-α气象模式(M-αM)、中尺度-β气象模式(M-βM)、行星边界层(PBL)湍流统计量参数化模式(PBLTM)、干湿沉积模式(DWDM)和高分辨化学模式(HRCM)组成.该系统已成功地应用于济南市空气质量数值预报工作,其预报与实测质量浓度之间有很好的一致性,日平均预报准确率可达80%以上.      

大气自净能力指数的气候特征与应用研究

为了定量地评估污染气象条件对空气污染的作用并实现对空气污染潜势的预报,本文在城市大气污染数值预报系统（CAPPS）预报原理的基础上,定义了大气自净能力指数,并分别给出了采用气象站观测资料和通过数值模拟计算大气自净能力指数的方法.基于气象站观测资料的全国大气自净能力指数分析计算表明,全国大气自净能力最差的地区分布在四川盆地和新疆塔里木盆地,大气自净能力最强的地区分布在青藏高原、蒙古高原、云贵高原、以及东北平原和三江平原、山东半岛和海南岛;1961~2017年,京津冀、长三角和珠三角地区的大气自净能力指数呈下降的变化趋势,全年低自净能力日数呈上升的变化趋势.采用大气自净能力指数评估2014年北京APEC会议期间大气污染防控效果,表明在11月8~10日极端不利扩散气象条件发生时,减排措施使北京市空气质量AQI平均降低77%,使京津冀平原地区11个城市的空气质量AQI平均降低37%.基于国家气候中心月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报产品和中尺度模式（WRF）,建立了可以预测全国未来40d逐日大气自净能力指数的延伸期-月尺度大气污染潜势预测系统,回报实验表明,在大多数情况下可以提前15d预报出大气重污染过程;月尺度的大气重污染过程预报效果更大程度上取决于月动力延伸气候预测模式（DERF2.0）的预报准确率.