一种基于集合最优插值的排放源快速反演方法

基于集合卡尔曼滤波的源反演方法是估计排放源、提高空气质量模拟和预报精度的有效方法。为构建排放源与污染物浓度之间的误差协方差矩阵,该方法通常需要运行几十次大气化学传输模式。庞大的计算量限制了该方法的应用,使其无法为实时预报系统快速更新排放源。本研究发展了一种基于集合最优插值的排放源反演方法。该方法使用历史集合数据构建误差协方差矩阵,仅需一次常规的空气质量模拟便可根据观测模拟差异反演排放源,从而显著降低计算量。本文使用该方法同化2015年1月全国1107个地面站点观测的CO小时浓度数据,结合2014年1月的历史集合数据集,估计2015年1月全国15 km分辨率的CO排放源。该方案反演的全国CO排放总量仅比使用2015年1月集合数据集的反演量高1%,表明历史时段与反演时段的气象条件差异对月均CO排放的影响有限。使用历史集合数据集更新的排放源再次模拟可将全国349个独立验证站点的平均低估从0.74 mg m?3降至0.01 mg m?3,均方根误差降低18%,表明该方法可快速更新排放源并降低其不确定性。     

气象预报模式参数化方案对重污染过程PM2.5浓度预报效果的影响

针对北京市2016年12月16～21日的重污染过程,基于嵌套网格空气质量模式预报系统（NAQPMS）,面向气象驱动模式WRF中7类物理过程的参数化方案,通过单扰动和组合扰动方式构建了51组不同的WRF模式运行配置,对比分析不同方案配置下NAQPMS对这次重污染过程细颗粒物（PM2.5）浓度预报的性能。结果表明:在重污染时段,组合扰动优化方案在城中心站点和城郊站点的PM2.5浓度预报精度都显著高于基准参数化方案配置下的预报结果,特别是能显著改进基准方案下模式对重污染过程结束时间的预报误差问题,显著减小12月21日存在的预报偏差。从统计指标来看,城中心站点在组合扰动优化方案下预报相关性最高,相关系数在0.7以上;从预报均方根误差来看,组合扰动优化方案误差最小。城郊站点同样是在组合扰动优化方案下预报相关性最高,与观测之间的偏差更小。从污染物与气象要素的空间分布来看,组合扰动优化方案比基准方案能更好再现污染时段的气象要素变化,预报的风速更小、相对湿度更高,从而有利于12月21日北京高浓度PM2.5的维持和累积。本文结果表明气象预报模式参数化方案不确定性是重污染预报的关键不确定性来源,选择合适的参数化方案可以减小重污染期间气象要素的模拟偏差,并可进一步提高重污染时段的PM2.5浓度预报精度。     

湘东北涧溪冲新太古代变质沉积-火山岩岩石矿物学和岩石地球化学研究

通过区域地质调查研究,在湘东北文家市涧溪冲村原中元古代冷家溪群新发现一套基本无序的变质沉积-火山岩系。根据岩石矿物学、岩石地球化学研究表明,涧溪冲变质沉积-火山岩系为变质火山岩夹变质粘土质沉积岩,属绿片岩—高绿片岩相。变质火山岩的原岩为大洋拉张环境下形成的以低钾拉斑玄武岩为主,低钾玄武安山岩次之的火山-次火山岩系,其物源为亏损地幔。变火山岩Sm-Nd全岩等时线年龄为(2594±48)Ma,其形成时代可能是新太古代。因此,与传统的中元古代冷家溪群的岩石组合、形成环境、形成时代、变质变形都具有明显不同的特征,原冷家溪群应予以解体。     

湘东北中元古代冷家溪群的解体及其地质意义

近年来1：5万和1：25万区域地质调查研究发现，湘东北地区原中元古代冷家溪群实际上包含了时代更老的不同构造环境的物质建造，其应予以解体，分离出基本无序的变质沉积-火山岩系，使之与区域上中元古代冷家溪群原有的基本属性能对比。根据对这些变质沉积-火山岩系的岩石组合、岩石学、同位素年代学等研究，初步厘定出“涧溪冲岩群”、“仓溪岩群”和“连云山杂岩”3个群级构造-岩石地层单位，属绿片岩-角闪岩相，其原岩形成地质时代是新太古-古元古代。     

利用BP神经网络提高奥运会空气质量实时预报系统预报效果

将BP(Back Propagation)神经网络方法引入到奥运空气质量预报工作中,利用MATLAB神经网络工具箱搭建运行平台,将高时效性的观测结果与多模式集成实时预报系统的模式输出结果相结合,做出BP神经网络拟合预报结果。在对北京大学医学部站点2008年7月7日到8月26日模式模拟结果、观测结果以及BP神经网络拟合结果的对比研究中发现:BP神经网络能大大提高模式预报效果,平均误差率减少34.7%,相关系数提高39%,特别是在模式模拟效果较差的情况下,对提高预报效果更明显。对BP神经网络样本问题进行敏感性实验结果表明,样本数目多少并不是决定拟合效果的决定性因素,应选取具有稳定映射关系的样本,才是提高拟合预报效果的关键。     

北京地区一次空气重污染过程的气象条件模拟参数化敏感性试验

气象预报是影响大气重污染预报精度的关键所在。针对2016年12月16～21日北京市一次重污染过程,开展了中尺度气象模式WRF的参数化方案配置敏感性试验。对微物理过程、长波辐射过程、短波辐射过程、陆面过程、边界层过程、近地面过程以及积云对流参数化过程进行组合优选,共设计51组参数化方案组合,分析不同模拟方案下北京市8个气象站点温度、相对湿度、10 m风速的模拟精度及其敏感性。试验结果表明:温度模拟对长波过程参数化方案最为敏感,集合离散度达2.4～7.4°C,再次是短波过程参数化方案;相对湿度模拟也对长波过程参数化方案最敏感,再次是陆面过程;风速模拟对不同过程参数化方案的敏感性程度差异不大。通过模拟结果与观测的统计对比,优选出模拟误差最小的方案组合为Lin微物理方案、RRTMG长波方案、RRTMG短波方案、Tiedtke积云对流方案、Noah陆面方案、MYNN 3rd边界层方案和MYNN近地面方案,并将其与集合平均、基准方案进行对比。对于集合平均来说,其温度模拟与观测相关系数为0.69,高于基准方案,其模拟偏差与均方根误差比基准方案低25%和11%;集合平均的相对湿度和风速模拟相比基准方案变化较小。与集合平均相比,优选方案能同时改进温度、相对湿度和风速模拟,使温度模拟偏差和均方根误差比基准方案下降35%和17%,使相对湿度模拟偏差和均方根误差下降43%和13%,使风速模拟偏差和均方根误差下降33%和24%。以上结果表明,参数化方案的敏感性试验和优选能显著减小重污染期间气象要素的模拟误差,重污染预报改进需重点关注参数化方案模拟上的不确定性。本研究也发现MYNN3rd边界层方案在这次重污染过程的气象要素模拟上具有良好性能,可为未来重污染预报改进提供参考。     

湖北省北斗高精度位置服务"一张网"建设研究

湖北省北斗高精度位置服务"一张网"建立了一个高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖率的GNSS综合信息服务网,是实现湖北省现代化、大众化、集约化、高质量地球空间信息服务的重要基础设施。介绍了湖北省北斗高精度位置服务"一张网"建设的目的、内容、特色以及发展趋势。     

武汉市大气污染变化趋势预测

以2014年武汉市大气污染源排放清单为基准,结合《武汉市城市空气质量达标规划（2013-2027年）》研究工作,预测了其实施后在控制"两高"行业新增产能、污染源综合治理、淘汰落后产能、控制机动车保有量等方面对武汉市SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5的减排量.利用嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS）,模拟分析了《达标规划》大气污染治理重点工程实施的空气质量改善效果.结果表明：《达标规划》实施后,2020年武汉市SO₂、NO₂、PM₁₀和PM_2.5排放量将分别比2014年削减22%~66%、6%~37%、14%~40%和17%~46%;武汉市空气质量有所改善,但NO₂和颗粒物年均浓度仍不能达到环境空气质量二级标准.     

珠三角关键大气挥发性有机物的模拟精度评估

大气挥发性有机物（VOCs）是导致臭氧污染的关键前体物,是城市空气质量建模不可或缺的重要组成部分,但由于其非常复杂的构成和来源以及监测数据缺乏,目前对其模拟精度的了解仍非常有限。本文利用嵌套网格空气质量模式预报系统（NAQPMS）对珠江三角洲（简称珠三角）地区2017年9月21日至11月20日的VOCs开展了模拟试验,并利用光化学监测网8个地面站点的VOCs浓度监测数据,对模式模拟的关键VOCs组分进行了精度评估。结果发现,模式对强活性的甲苯、乙烯和二甲苯具有较高的模拟精度,模拟浓度偏差百分比为0.4%～26.6%,模拟能较好再现其日均浓度变化趋势和日变化的双峰特征。但是模式对化学反应活性强且与植物排放密切相关的异戊二烯具有很大的模拟偏差,偏差比近100%,无法再现其白天浓度高、夜间浓度低的观测日变化特征。通过分析发现,现有模拟系统主要考虑人为污染物排放而未考虑生物源排放,可能是导致这一模拟偏差的关键原因。同时,评估结果也表明模式在VOCs空间分布模拟上仍面临很大的不确定性。本文结果揭示了珠三角VOCs模拟面临的关键不确定性,表明融合VOCs观测数据来揭示并减小VOCs模拟的不确定性具有非常迫切的需求。