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/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.     

2014—2016年珠海能见度的模式预报检验

为了检验数值预报模式对珠海能见度预报的准确度,选取珠海2个站点的能见度观测数据对能见度模式预报值进行评估检验。结果表明:模式各时效的预报值均能够较好地模拟出能见度的时间变化趋势,随着预报时效越延长,预报值与观测值的相关性、可靠性越低,离散程度越高。低能见度时,模式预报值与观测值接近;而高能见度时,模式预报明显偏低。总体上模式预报值偏低,其中珠海站偏低幅度约28%,斗门站约31%。5—9月预报值的低估尤其明显,其中6月份预报低估最为突出,约为56%。1—3及12月模式预报值与观测值基本接近,可靠性也最好。     

2013年9—11月青海省乡镇气温预报检验

2013年10月1日青海省开展了乡镇预报业务。预报要素包括日最高气温、日最低气温、天况、风向、风速等。青海省有400个乡镇,观测气温的站点有150个。针对这150个乡镇,对24小时内日最高气温、日最低气温进行检验。     

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。     

CAPPS模式在铜川空气质量预报中的效果检验

通过对2003年1-12月铜川市区、新区污染物监测值与 CAPPS模式预报值的对比分析发现,CAPPS模式预报正确率存在明显的要素差异,NO2预报正确率很高,年平均正确率在90%以上,SO2次之,年平均70%左右,PM10预报正确率较低,年平均55%左右;该模式预报正确率有明显的地域差异,铜川市区的预报正确率比新区明显偏低;同时该模式预报正确率存在明显的季节差异,冬半年比夏半年预报结果差,以SO2表现最明显.该模式空漏报率NO2最低,SO2次之,PM10最高,漏报率存在明显的季节差异,空报率季节之间差异较小,但在地域上空报率差异明显.分析了产生误差的原因.     

CMAQ—ASM模式业务化

CMAQ成功移植到了国家气象中心业务系统神威和IBM巨型机上，为实现全国及区域空气质量预报准业务化系统提供重要的技术保障。另外，针对模式中污染源不确定性因素引起预报偏差的技术难题，发展了空气质量预报模式的动力-统计模型（CMAQ-MOS）与源同化新技术，其效果明显优于国外原CMAQ模式。     

2013年汛期华中区域业务数值模式降水预报检验

为充分了解华中区域中尺度业务数值预报模式更新为WRF后的预报性能,对该模式2013年汛期24 h和48 h的累积降水预报产品,采用TS评分、预报正确率、漏报率、空报率、偏差及ETS评分等统计量对其进行了较详细的评估。结果表明：从日平均降水率分布来看,24 h预报的降水中心位置和强度与实况更接近,48 h的预报明显偏大、偏强;汛期总体降水检验表明,该模式的降水预报以偏大为主,随着降水量级的增大,TS和ETS评分逐渐减小,且ETS评分逐渐靠近TS;逐月降水检验结果发现,该区域汛期月晴雨预报正确率与雨日率呈正相关;通过梅雨期WRF与GRAPES_Meso的预报对比检验可见,两个模式都表现出了较好的预报性能。值得指出的是,随着降水量级的增大,WRF模式降水预报优势逐渐显现。总的来说,该模式的降水预报产品具有一定的参考价值。     

2014—2016年数值降水预报在天津的检验评估

对2014—2016年中国国家气象中心T639数值预报、日本细网格数值预报、欧洲中心细网格(EC thin)数值预报以及天津市乡镇指导预报产品中在天津地区降水预报分别进行检验。结果表明:所有模式降水的晴雨预报准确率均随预报时效的延长而下降。降水预报准确率在秋冬春季的预报效果明显好于夏季。EC thin产品在冬季降水的预报中优势更为明显,而指导预报及T639对5月、6月及9月天津地区局地降水多发期的降水更有指示意义。针对2014—2016年天津地区的23个暴雨日按影响系统分型并统计检验结果,暴雨日降水预报晴雨成绩较好有参考价值,而降水分级检验偏差较大。相对于局地性暴雨过程,区域性的暴雨过程数值预报有更为可靠的参考性。     

MM5模式在江门水域面雨量预报中的应用

利用MM5V37中尺度数值预报模式产品，对江门境内的主要水域（江河、水库）的面雨量进行预报，着重分析了汛期的两次大范围强降水过程，并与由江门境内全部自动站和气象观测站的实况24h雨量计算得来的面雨量进行对比分析和误差检验。结果表明：用MM5模式产品预报江门水域面雨量，在实际工作中具有一定参考价值。     

2013年华中区域中尺度业务数值预报的客观检验

应用国家气象中心模式检验方法,对华中区域中尺度业务数值预报模式WRF和中国气象局下发的GRAPES模式2013年1-12月的预报产品（包括降水、2 m温度场、850 hPa温度场、850 hPa风场和500 hPa位势高度场预报）进行统计检验。检验结果表明：所有要素24 h预报均优于48 h;对于晴雨预报,GRAPES模式TS评分高于WRF,但随着降水量级增大,WRF的TS评分基本都高于GRAPES,同时WRF降水预报范围明显偏大;分析2 m温度场的均方根误差及预报准确率发现,WRF的2 m温度场预报优于GRAPES,且暖季预报优于冷季;形势场要素分析表明,WRF对850 hPa温度场和风场预报具有相当大的优势,全年误差变化较稳定,而对500 hPa位势高度场的预报误差存在一定的季节性特征,即夏半年WRF高度场预报优于冬半年,GRAPES模式则相反。总体上,华中区域中尺度业务数值模式产品对天气预报具有一定的参考价值。     

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。      

淄博市紫外线辐射强度变化特征分析及预报检验

利用2004年1-12月淄博市逐日紫外线辐射强度观测资料,分析了紫外线辐射强度日变化、年变化等时间分布特征,对2004年7月和11月紫外线辐射强度指数预报结果与实况进行对比分析,讨论预报等级误差情况及原因,并针对影响预报准确率的因素,对现行预报方程的修正进行了探讨.     

2014年9—11月T639、ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2014年9—11月T639、ECMWF（文中简称EC）及日本（文中简称JP）数值模式的中期预报产品进行了对比分析和检验。结果表明：3个模式对亚洲中高纬环流形势的调整和演变及850 hPa温度转折性变化具有较好的中期预报性能,但对北方的温度预报偏差明显大于南方。对于副热带高压脊线的位置,T639和EC模式都有较好的预报能力,EC模式比T639模式偏差小。EC模式对于1416号台风凤凰的路径及强度预报效果与零场接近,T639和JP模式预报与实况相差较大。T639和EC模式对有利雾霾发生的静稳天气形势均有较好的中期预报能力,但对驱散雾霾的冷空气,EC模式预报与零场更加一致。     

2002年η模式降水预报检验分析

利用成都区域气象中心η坐标模式。对2002年汛期主要降水过程进行了η坐标模式降水预报检验。并分析了模式预报对不同影响系统的反应，进行了个例分析。检验分析结果表明：η模式对区域性中雨以上降水过程有较强预报能力。在夏季500hPa高原或西北地区有低值系统、700hPa有西南涡或兰州涡、850hPa盆地有涡情况下，则模式降水预报强度偏小；反之，在能量过高、500hPa高原至川西北有高值系统、700hPa有兰州低涡、850hPa盆地弱南风情况下。模式预报降水易漏报或强度偏弱。就平均情况而言。模式对有无降水预报有较好的指导意义，对降水强度的预报通常偏弱。对落区的预报位置易偏西、偏北。随着降水量级的增大。降水预报能力减弱，空报率和漏报率增大。模式易漏报不易空报；当模式预报有较大量级的降水时，实况出现的概率很大，但要注意落区的位置。     

西安空气质量预报系统及检验

介绍了西安地区空气质量预报业务系统WRF-CMAQ及其预报产品,该系统主要包括:气象模式WRF(Weather ResearchForecasting Model)、稀疏矩阵排放源模式SMOKE(Sparse Matrix Operator Kernel Emissions)以及公用多尺度空气质量模式CAMQ(Community Multi-scale Air Quality Model)。初步检验表明:系统的预报结果处于合理范围,24h内对PM2.5和PM10的逐小时模拟质量浓度与实况的相关系数达到0.6以上,能够满足业务需求。     

1998年7—8月HLAFS山东降水预报检验

以站点方式对１９９８年７－８月ＨＬＡＦＳ０８时的１２－３６降水预报进行了评分,统计了预报有降水时实况出现降水的几率。结果表明：ＨＬＡＦＳ改进模式对大雨以上降水的预报效果有明显改善,预报有降水,实况出现降水的几率随预报值的增大而提高。另外对主要过程降水分布趋势预报效果的评价表明,ＨＬＡＦＳ对较大暴雨过程的预报效果较好,优于日本传真图。     

数值预报产品效果检验及在降水预报中的应用

通过对目前天气预报业务中使用的Ｔ１０６、ＨＬＡＦＳ和日本模式三种数值预报产品对烟台市降水预报效果的检验、对比和分析,发现：数值预报产品在暴雨和一般降水预报中有一定指导作用;暴雨和一般降水预报效果都是日本模式好于ＨＬＡＦＳ,ＨＬＡＦＳ好于Ｔ１０６;三种预报产品对低压或倒槽型的降水预报准确率普遍较高;当三种预报产品均预报有降水时,其出现降水的准确率为７５．９％。     

北京区域环境气象数值预报系统及PM2.5预报检验

基于北京地区快速更新循环同化预报系统 (BJ-RUC)、WRF-Chem模式和优选的能见度参数化方案,建立了北京区域环境气象数值预报系统。对2014年全年PM2.5浓度、能见度和APEC (Asia-Pacific Economic Cooperation) 期间预报效果检验结果表明:该系统对京津冀及周边地区PM2.5浓度的预报效果较好,大部分站点的相关系数在0.6以上,特别是北京的部分站点可达0.8以上,预报结果相比观测总体偏低,随着预报时效的延长,24 h之后预报效果略有下降。相比人工观测,能见度预报结果与自动观测能见度更加接近,对持续性低能见度过程预报与实况吻合较好,对于小时能见度低于10 km的分级检验显示,预报准确率从77%左右逐级下降,2 km以下在40%左右。2014年APEC期间,系统很好地预报出北京地区空气质量指数、PM2.5浓度和能见度的时空演变特征,为APEC期间环境气象预报服务提供了有力的技术支撑。