城市空气污染数值预报系统CAPPS及其应用

城市空气污染数值预报系统CAPPS, 是在ADPIC的概念的基础上经过积分求得的大气平流扩散的多尺度箱格预报模型。它不需要污染源的源强资料就可预报出城市空气污染潜势指数 (PPI) 和污染指数 (API), 克服了由污染源调查本身具有的不确定性给城市空气污染的数值预报所带来的困难。该文对CAPPS系统在北京市和上海市进行数值预报的结果进行了分析检验, 并与国际上几种光化学污染预报模式的预报结果进行比较。结果表明, 就预报值与监测值的线性相关系数来说, CAPPS系统的预报水平与其他发达国家的模式预报水平相当。此外, CAPPS系统的污染指数等级预报准确率 (北京市和上海市) 平均达到61.5%。     

CAPPS预报方法研究

针对在应用城市空气污染数值预报系统CAPPS过程中容易出现的疑问，对CAPPS模式系统中污染潜势和指数的预报原理，模式中一些参数的意义以及扬尘的预报，作了进一步的说明和讨论。     

城市空气污染CAPPS数值模式及本地化应用

介绍城市空气污染数值预报系统CAPPS(City Air Pollution Prediction System)的模式结构、系统构成和结合西安地区的本地化应用及预报效果,结果表明:CAPPS模式预报效果较好.     

广西城市空气污染预报业务系统的建立

应用数值预报与动态统计预报相结合的集成预报技术方法,将城市大气污染数值预报(CAPPS)模式、动态统计模式、Sybase数据库、网页技术等有机地结合起来,建立广西城市空气污染预报系统,形成了流畅的集资料传输交换、预报模式运算、预报制作与发布于一体的气象系统和环保系统预报会商的综合业务工作平台,在广西气象台同时对南宁、桂林和北海的城市空气污染做出预报。将近两年的业务实践应用表明,所建立的空气污染预报系统性能稳定、技术成熟、自动化程度和预报准确率高．     

石家庄市主要大气污染物的数值预报

应用CAPPS城市大气污染潜势和污染指数预报系统，对石家庄市主要大气污染物（SO2，NOX，TSP）的污染指数（API）进行模拟分析，结果表明，用CAPPS作城市大气污染预报时，应加入污染物排放的时间系数（Ti)订正和经验系数（Ki)订正，对北方城市而言，还须加入扬尘百分率（F）订正，用加入Ti,Ki和F订正后的CAPPS预报系统，对石家庄市大气污染物（SO2，NOx,TSP)进行模拟，结果SO2，NOx,TSP三种污染物的预报值与其监测值的相关系数分别提高到0．951，0．854和0．880。     

CAPPS在国家气象中心多城市污染指数数值预报业务系统中的应用

国家气象中心在中国气象科学研究院CAPPS系统的基础上,建立了多城市污染指数数值预报业务系统,同时预报47个重点城市的SO2、NO2和PM10的日均污染指数.从2001年6月21日至7月17日的试验预报表明,总体预报准确率和与监测值的相关都在60%以上,与各城市气象局、环境保护局联合发布的综合预报准确率和与监测值的相关比较接近.说明CAPPS用于国家气象中心多城市污染指数数值预报业务系统,能够为城市空气质量业务预报提供有参考价值的数值预报产品.     

CAPPS多箱模式中光化学模式的嵌套与城市大气臭氧数值预报

为解决城市边界层中大气O₃浓度的预报问题，选用一种简明有效的光化学反应方案建立光化学模式, 并与大气平流扩散的箱格预报模型进行了嵌套，从而将大气化学过程引入到城市空气污染数值预报系统 (CAPPS) 中。同时，根据实际需要研究了VOC (Volatile Organic Compounds) 浓度及NO_x源排放量等参数缺测时，根据前期监测浓度采用遗传算法反演未知参数的具体方法。利用2001年9月8~17日在北京舞蹈学院监测的O₃、NO_x资料及相应的气象数据，用改进后的CAPPS模式进行了单箱预报试验。预报试验结果表明，嵌套后的模式对O₃浓度的变化具备一定的预报能力。     

CAPPS1和CAPPS2数值预报模式对比分析

对CAPPS1模式和CAPPS2模式预报广西污染物进行了对比分析。主要对比了其污染扩散原理、气象预报模式、操作系统、运行时间、预报时效及预报效果。分析表明：CAPPS1和CAPPS2模式对各种污染物预报的相关系数均在0．44以上，两种模式预报广西空气污染都是可行的；两种模式均对SO2的预报效果最好，NO2次之，PM10相对最差；CAPPS2模式对各种污染物的预报值与实测值相关系数均比CAPPS1高，其中NO2的相关系数提高幅度最大；CAPPS2模式对NO2和PM10的预报准确率比CAPPS1偏高，而对SO2的预报准确率比CAPPS1偏低；CAPPS2预报首要污染物正确率比CAPPS1高出11个百分点，而预报首要污染物等级正确率则高出9个百分点。     

武汉市空气质量预报与检验

简单介绍了城市空气污染指数预报系统（CAPPS）的功能和特点；给出了空气污染预报条件分级的评价标准及其内容描述，根据污染指数将污染等级划分为5个级别，并指出了不同程度的空气污染可能对人体造成的不利影响以及相应的预防措施；最后，对武汉市近年来空气质量状况与预报结果进行了讨论。     

利用CAPPS2．0系统对太原市空气污染的预报分析

应用本地化后的城市大气污染潜势和污染指数预报系统CAPPS2．0模拟太原市空气质量。检验其对太原市空气污染预报的能力,并对检验期间预报效果较差的个例做了详细分析。     

城市空气臭氧污染业务预报方案研究

概述了当前国内外对臭氧浓度预报采取的主要方法，并对各种方法作了简要的分析比较。在IER光化学模式的基础上，提出了城市空气污染数值预报系统CAPPS的臭氧浓度预报方案，初步检验结果表明该方案是可行的。同时，提出了优化搜寻法以解决通常缺少活性有机化合物VOC监测值的问题。     

基于IBAM指数的重庆地区空气污染气象条件预报方法

通过重庆城区2013—2016年空气质量指数AQI与气象要素的相关分析,引入表征大气温湿状态的物理量总温度、比湿、近地层风速、24h变压及大气低层总温度差,构建新的空气污染气象条件指数IBAM(Index Between Air pollution and Meteorology)。应用2013年4月1日至2016年12月31日欧洲中心预报产品计算重庆地区历史IBAM指数,通过K均值聚类分析,引入极端天气事件概念确定空气污染气象条件阈值,建立预报模型。利用IBAM指数与滞后1天AQI建立拟合曲线方程,计算出AQI预报值,计算预报准确率,经过2017年1月1日至2018年9月1日样本检验,72h内预报准确率在70%左右。通过误差分析发现:当气象条件为大气污染物浓度主要影响因素且在大气污染源变化不明显时,预报误差较小;而当大气污染源变化明显时,预报误差较大。该预报方法已在重庆市气象台业务应用,对预防和处理重污染事件,改善重庆地区空气质量有较好参考价值。     

新一代CAPPS系统的开发与推广应用

2002年5月由中国气象局预测减灾司组织,中国气象科学研究院将城市空气质量数值预报系统(CAPPS)第二版发送给全国47个重点城市的气象部门,以取代CAPPS第一版在各城市的空气质量业务预报中应用.与此同时,中国气象科学研究院对47个城市的空气质量预报业务人员进行了培训.CAPPS2以Linux为工作平台在PC机上运行,污染气象预报场由MM5提供,T213资料和常规气象观测资料从MICAPS中获取,可以作48 h的城市污染预报,解决了预报时效问题.CAPPS2还提供各标准等压面上的位势高度、温度、相对湿度、风和降水等气象预报要素场,模式的中心点和网格距可以根据需要随意调整,各省市气象局可以在CAPPS基础上发展适用于本地区的中尺度气象预报、城市污染预报以及其他城市环境气象服务预报模式.     

孝感市城区空气污染气象条件预报模型

使用空气污染潜势指数概念和箱体模式，开发并建立了一套孝感市城区空气污染气象条件预报模型，并用Visua1 Basic 6.0语言编写出相应的自动预报系统，实现了空气污染潜势的自动预报。其实际应用检验结果表明，全年空气污染潜势预报值评分为83．00分，春、夏、秋、冬四季的评分分别为77．65分、89．23分、76．32分和90．37分。     

区域空气质量数值预报系统CAPPS3在辽宁的应用

利用城市大气污染数值预报系统CAPPS的第三版(CAPPS3),经过安装、调试和本地化、自动化处理,建立起适合于辽宁的区域空气质量数值预报系统,用于预报辽宁的城市污染指数和等级以及各污染物的日均浓度分布.通过模式预报结果与监测资料的对比,发现辽宁14个主要城市SO2、NO2预报准确率的总体水平明显高于PM10.区域污染物浓度分布位置和大小的预报结果与实际情况相符,污染物小时浓度的演变也与实际风场的变化趋势保持一致,表明CAPPS3模式系统能够及时准确地预报出区域污染的形成和发展过程.     

城市空气污染预报方法简述

概括论述了城市空气污染预报的基本方法(潜势预报、统计预报和数值预报)、数值预报的主要特征(空间尺度与预报时效、高分辨率、多化学物质、理化生过程耦合、污染气象与污染物排放特征)及其用于天津和沈阳等城市的空气污染数值预报模式系统(σ中尺度和β中尺度气象预报模式与城市空气污染预报模式)。     

CAPPS模式在石家庄市应用的效果检验

根据《气象部门空气质量预报质量考核和管理暂行办法》,对CAPPS系统在石家庄市空气质量预报中的应用效果进行检验,对CAPPS1.0和CAPPS2.0的预报能力和产生的误差进行了对比分析。结果表明:CAPPS2.0的整体预报水平高于CAPPS1.0,但其预报值多偏高于监测值,这是导致冬季首要污染物正确性评分偏低、夏季高污染预报能力偏低的主要原因。CAPPS系统对前日污染实况依赖性强,预报结果滞后,对高浓度污染日的预报准确率仅为13%,预报能力偏低。     

海口市基于CAPPS系统的空气质量预报制作平台

对城市大气污染潜势和污染指数预报系统（CAPPS）的构成、功能、技术要点及运行环境作了详细介绍，通过对CAPPS系统进行改进和完善，将其集成为一个自动化程度较高的业务系统。     

城市空气污染预报系统CAPPS2.0在辽宁的应用及检验

在利用CAPPS2.0进行空气质量自动化预报的前期工作中,为了验证模式的准确性,对辽宁省14个主要城市2003年1月的31 d、4月、7月和10月各12 d作出了模拟,分别得到各城市SO2、NO2和PM10的污染指数预报值。将各污染指数每天模拟的预报值与实际监测值进行对比,发现春、夏、秋季的预报效果非常好,而冬季预报值明显偏高。对预报值与监测值的相关性检验表明两者相关性非常显著,冬季预报值出现的是一个系统误差,可以通过修改模式进行订正。     

东营市空气质量预报技术方法研究

利用1999-2001年高空气象资料、东营市地面气象资料和空气污染物浓度资料,对东营市空气污染状况进行了分析,并利用逐步回归、最优回归、B-P神经网络和CAPPS系统四种方法建立了东营市空气质量预报模型,再根据四种模型历史拟合结果的TS评分确定其权重系数,建立东营市空气质量集成预报模型,通过2002-2004年的预报试验表明,集成预报优于四种模型的单一预报精度.