Models-3/CMAQ模式对郑州市大气污染物的预报分析研究

介绍了美国国家环保局第三代空气质量模式(Models-3)的主要组成部分:气象模式系统、排放模式系统以及公共多尺度模式系统(CMAQ).并对郑州市SO2和NO2观测值与Models-3/CMAQ预报值进行对比分析,结果表明:模式可以模拟出郑州市SO2和NO2的同位相变化规律;预报值存在系统性偏低的现象;随着预报时效的延长,对SO2和NO2的预报效果逐渐变差.     

Models-3空气质量模式对兰州市污染物输送的模拟

较详细地介绍了美国环保总局的第三代空气质量模式系统Models-3的特点,并且针对兰州市冬季采暖期污染严重的特点,选取2002年12月份的个例,将兰州市最新的大气污染源资料加入模式中．对模式进行调试并检验了该模式对兰州污染的模拟性能。从模式对SO2,NO2和O3等几种大气污染物浓度的模拟结果与监测资料对比分析,表明该模式系统较好地模拟出了SO2,NO2的空间分布格局,模拟结果与监测结果比较吻合,而且模式模拟的污染物浓度场比较均匀;模式模拟的O3的日变化规律与资料分析结论基本一致,也符合O3的生成机理。因此该模式系统对于复杂地形条件下的城市污染物输送具有一定的模拟能力。     

应用Models 3/CMAQ对2011年3月日本福岛核泄漏的数值研究

2011年3月12日,受日本以东地震和海啸影响,福岛核电站发生核物质泄漏。本文采用空气质量模式系统（Models-3／CMAQ）,在理想假设条件下,对此次核泄漏事故进行了数值模拟。研究结果表明：模拟期间,核泄漏物质主要影响福岛附近地区和西北太平洋海区;核泄漏物质能扩散至较高的高度,源区核辐射量随高度呈指数减小;核泄漏物质主要通过东北路径和偏东路径影响我国,但核辐射影响极其轻微;Models-3／CMAQ具有对核泄漏事故的模拟能力。     

2013—2014年江门CMAQ的预报检验

基于CMAQ空气质量模式的报文资料和江门环境监测站资料,对2013年12月至2014年2月份CMAQ空气质量模式在江门市的应用进行了效果检验,分析了AQI和SO_2、NO_2、PM_(10)、PM_(2.5)等要素的预报值与实际观测值之间的误差和预报效果,结果表明:模式对AQI 24、48和72 h时效的预报值都比实测值偏高、预报时效越长、偏离越大;离散程度越高,可靠性也越差。整个冬季AQI 24 h时效预报值与实测值相关系数高达0.72,模式能够准确把握AQI的变化特征,48和72 h时效相应的相关系数分别为0.55和0.4。模式对SO_2、PM_(10)、O_3和PM_(2.5)的预报容易偏高,对NO_2和CO的预报容易偏低。6种要素预报效果较好的是PM_(2.5)和PM_(10);预报效果最差的是CO,无论是平均偏差、离散程度、相关系数和可靠性等,明显低于其它要素。     

应用Models-3/CMAQ模式对华北地区一次强沙尘天气的研究初探

根据2002年在ACE-Asia和TRACE-P试验中获得的亚洲区域污染源排放资料,结合由MICAPS能见度观测资料估算而得的颗粒物排放资料,利用美国EPA最新发展的Models-3/CMAQ模式系统,模拟研究了2002年3月华北地区发生的一次强沙尘暴个例.结果表明,(1)模拟的各气态污染物的时空演变及相互关系与已有的观测结果基本一致.(2)颗粒污染物的模拟结果也反映了已有的观测事实,粗细颗粒物呈一致的先降后升日变化趋势;沙尘过程前期,颗粒物污染主要来源于近地面污染源;沙尘期间,颗粒物污染主要源自外界沙尘的高空输送,且粗颗粒物污染是此次过程的首要颗粒污染.(3)该模式系统可用于沙尘气溶胶研究的进一步开发与利用.     

Models-3模式中增加移动源清单对模拟效果的影响

采用空气质量模式Models-3,在原有点源和面源污染源输入清单的基础上,加入移动污染源,对辽宁地区2004年12月24—27日大气污染物时空分布进行数值模拟。结果表明,加入移动污染源后,辽宁主要城市污染物SO₂、NO₂和PM₁₀模拟效果有所提高,NO₂模拟效果提高最为明显;从总体模拟效果来看, SO₂和NO₂模拟效果较好,而PM₁₀模拟值相对较差。     

郑州市空气质量统计预报方法探讨

根据2005年、2006年采暖期RegCM 3模式输出产品和郑州市环境监测中心逐日监测资料,利用逐步回归方法建立了PM10、SO2、NO2等污染物质量浓度预报方程。该方法在2007年采暖期的试报中效果不理想,预报准确率明显低于历史拟合率。为了提高预报准确率,针对目前采用的统计方法中存在的不足,即在选择预报因子时没有考虑预报因子之间的相关性,挑选的预报因子由于非正交,使回归计算的结果不稳定。将自然正交分解和多元回归分析结合起来,以采暖期各污染物的日均质量浓度为预报对象,建立预报模型。结果表明,采用新方法制作的空气质量预报准确率有一定程度提高。     

基于WRF/CMAQ的成都空气质量模拟与预报

本文是成都地区空气质量预报的一次模拟试验,文章通过污染源排放清单编制、不同模式下垫面资料使用、气象模式大气物理过程参数选取、以及成都地区空气质量实例模拟预报几个方面来开展工作。分析结果表明:使用新下垫面资料对SO₂、NO₂的模拟结果的统计结果均好于旧下垫面资料;选出了适合于成都地区的气象模式物理过程参数方案;受外地源影响较小的NO₂与PM₁₀的模拟预报效果比受外地源影响较大的SO₂模拟预报效果好;清单编制过程中对污染物排放的时间分配因子把握不精确造成了预报趋势与监测值趋势存在差异;对污染源排放量的低估是造成预报值普遍小于监测值的重要原因,同时未考虑外源的输入影响,以及用监测值的点均值来验证预报值的面均值,也是造成预报值与监测值存在明显差异的主要原因。      

2008年北京奥运交通限制效果的模式研究

利用美国国家环保署(EPA)开发的区域多尺度空气质量模式Models-3/CMAQ研究了北京城区奥运交通限行期间VOC、NOX和O3的浓度变化状况。结果表明:Models-3/CMAQ模式能够较好地反映VOC、NOX和O3浓度的变化趋势;交通限行造成的机动车排放源削减使北京奥运期间大气VOC浓度平均减少约12%,NOX浓度平均减少约21%,而O3浓度则平均增加约22%。     

不同大气污染物监测密度对CMAQ源同化修正效果影响的模拟

采用(美国环保部的MODEL-3系统的)CMAQ源同化模型及4种不同空间分辨率的SO2、NO2实测资料,反演得到中国不同尺度的同化修正排放源,利用新一代中尺度气象模式WRF与多尺度空气质量模式CMAQ,模拟分析了中国不同观测信息密度对SO2、NO2源同化反演及其浓度预报的影响,重点分析了华北地区SO2、NO2浓度加密观测对改善SO2、NO2排放源和空气质量预报的重要影响。结果表明,采用不同分辨率的实测资料时,SO2、NO2的趋势预报效果改善程度有一定差异;采用较高分辨率的实测资料进行SO2、NO2源同化修正时,可明显减小SO2、NO2浓度的预报误差。华北地区较高分辨率的观测信息对于改进源同化修正效果及SO2、NO2浓度的趋势预报十分重要,尤其是对SO2浓度的预报尤为重要;采用经高分辨率的实测资料同化修正的排放源时,WRF-CMAQ模式对北京城市尺度SO2、NO2浓度的变化趋势、浓度水平和空间分布特征具有较好的预报效果。高分辨率的观测资料和区域源同化反演方法对于区域污染物浓度预报及排放源清单具有显著的改进作用。     

Tropospheric NO2 Columns over Northeastern North America： Comparison of CMAQ Model Simulations with GOME Satellite Measurements

We present comparisons of the NO2 regional Chemical Transport Model （CTM） simulations over North-eastern North America during the time period from May to September, 1998 with hourly surface NO2 observations and the NO2 columns retrieved from the GOME （Global Ozone Monitoring Experiment） satellite instrument. The model calculations were performed using the Mesoscale Meteorological Model 5 （MM5）, Sparse Matrix Operator Kernal Emissions （SMOKE）, and Community Multiscale Air Quality （CMAQ） modeling systems, using the emission data from the National Emissions Inventory （NEI） databases of 1996 （U.S.） and 1995 （Canada）. The major objectives were to assess the performance of the CMAQ model and the accuracy of the emissions inventories as they affected the simulations of this important short-lived atmospheric species. The modeled （NcMAQ） and measured （NGOME） NO2 column amounts, as well as their temporal variations, agreed reasonably well. The absolute differences （NcMAQ-NGOME） across the domain were between ±3.0×10^15 molecules cm^-2, but they were less than ±1.0×10^15 molecules cm^-2 over the majority （80%） of the domain studied. The overall correlation coefficient between the measurements and the simulations was 0.75. The differences were mainly ascribed to a combination of inaccurate emission data for the CTM and the uncertainties in the GOME retrievals. Of these, the former were the more easily identifiable.     

郑州市强对流天气短期预报系统

经对郑州市1990～2000年气象资料分析,概括出短时暴雨、瞬时雷雨大风、冰雹等3种强对流天气出现的气候规律、天气形势、物理量场演变特征、单站气象要素变化规律等.在此基础上,建立了3种对流性天气的预报模型、预报指标和相应的预报方程,构成郑州市强对流天气短期预报系统.该系统根据每天08时实时资料,自动完成天气分型、物理量计算、预报指标计算和预报方程的判别,输出预报结论.     

北京市城六区2018年空气质量数值预报效果评估

为更好地改进提高模式预报性能,评估了新一代WRF-CMAQ（Weather Research and Forecasting model-Community Multi-scale Air Quality model）模式系统的不同网格分辨率预报产品对2018年北京市城六区空气质量预报结果的影响。分析表明:（1）基于首要污染物为PM2.5的预报数据集,模式系统1 km网格分辨率（BJ01）和3 km网格分辨率（BJ03）等级准确率优于官方预报结果,模式系统BJ01和BJ03区域4天内预报等级准确率均达到50%以上,24 h内准确率达60%以上,官方预报24 h内等级准确率为59%。本文引入预报综合评分法,基于IAQI（Individual Air Quality Index）和等级级别正确性双因素的预报综合评分结果显示,模式系统BJ03得分75.0分最高,BJ01次之,优于官方预报结果,模式9 km网格分辨率（BJ09）得分69.1分最低。（2）基于模式系统2018年长时间序列预报结果分析表明:模式系统预报的PM2.5浓度与实测的变化趋势较为一致,其中模式系统BJ03结果与实测PM2.5浓度相关系数达0.76,覆盖区域较大的BJ03和BJ09对PM2.5浓度峰值模拟较好。中重度污染过程的PM2.5浓度峰值模式预测误差表明,不同分辨率模式预报峰值误差的变化趋势基本一致,覆盖区域更大的粗分辨率模式预报结果高于覆盖区域小的细分辨率模式预报结果。与预报综合评分结果一致,统计分析结果也表明BJ03区域预报效果最好,平均偏差为0.83 μg/m3;而BJ01区域预报整体偏低,BJ09区域预报整体偏高。（3）基于不同网格分辨率预报效果的空间差异性分析表明:同一站点在不同分辨率上表现不一致,BJ01区域中农展馆站表现最好,BJ03区域中万柳站表现最好,BJ09区域中东四站表现最好。     

城乡火险预报模式探讨

文章探讨了建立火险预报模式的必要性和可行性，分析了1981～1990年辽宁省火灾次数与风速、月降水量和相对湿度的关系。并从概念模式出发，讨论了与火险有关的逐因子，建立了定量的火险预报模式，试用效果较好。