ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估

李婷苑 吴乃庚 邓雪娇 邓涛 邓涛 沈劲 邓思欣 梁华玲

李婷苑, 吴乃庚, 邓雪娇, 邓涛, 邓涛, 沈劲, 邓思欣, 梁华玲. 华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估[J]. 热带气象学报, 2021, 37(2): 207-217. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.020
引用本文: 李婷苑, 吴乃庚, 邓雪娇, 邓涛, 邓涛, 沈劲, 邓思欣, 梁华玲. 华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估[J]. 热带气象学报, 2021, 37(2): 207-217. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.020
LI Ting-yuan, WU Nai-geng, DENG Xue-jiao, DENG Tao, CHEN Jing-yang, SHEN Jin, DENG Si-xin, LIANG Hua-ling. FORECASTING PERFORMANCE EVALUATION OF GRACES IN GUANGDONG PROVINCE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2021, 37(2): 207-217. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.020
Citation: LI Ting-yuan, WU Nai-geng, DENG Xue-jiao, DENG Tao, CHEN Jing-yang, SHEN Jin, DENG Si-xin, LIANG Hua-ling. FORECASTING PERFORMANCE EVALUATION OF GRACES IN GUANGDONG PROVINCE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2021, 37(2): 207-217. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.020

华南区域大气成分数值模式GRACEs预报性能评估

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2021.020
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2018YFC0213902

国家重点研发计划项目 2019YFC0214605

国家自然科学基金项目 41801326

广东省重点研发计划项目 2020B1111360003

广东省气象局科技创新团队项目 GRMCTD202003

国家环境保护区域空气质量监测重点实验室开放基金 SRAQM01202001

详细信息
    通讯作者:

    吴乃庚,男,广东省人,研究员,主要从事热带灾害性天气机理及可预报性研究。E-mail:wunaigeng@hotmail.com

  • 中图分类号: X16

FORECASTING PERFORMANCE EVALUATION OF GRACES IN GUANGDONG PROVINCE

  • 摘要: 利用2016-2019年广东省国控站实况监测数据对华南区域大气成分数值模式系统(GRACEs)预报性能进行了综合评估。除空气质量指数AQI外,重点对PM2.5、O3及NO2进行了分析评估。(1) 模式预报性能存在年际差异,对各要素的预报值总体偏低。(2) 模式预报能较好地反映空气质量的空间分布,PM2.5中心在珠三角西北部,而O3-8 h高值区在珠三角核心区和粤东沿海,但模式对O3-8 h高值区存在显著预报低估现象。(3)模式可较好地模拟出PM2.5月变化的单峰型特征和O3-8 h月变化双峰型特征,但模式对AQI的秋冬季主峰值和春季次峰值的预报存在低估,分别与模式对O3-8 h、PM2.5的低估有关。(4) 模式能较好体现O3的午后峰值和NO2双峰值的日变化规律;模式对O3前体物NO2的预报偏差,有可能是导致随后几小时对O3浓度预报偏差的重要原因。(5) 日平均浓度预报效果检验显示模式可较好预测AQI和3种污染物的变化趋势,但对夏秋季高O3-8 h浓度预报显著偏低;模式对轻度污染及以上等级预报能力偏低,亟需提升模式对污染天气的预报能力。

     

  • 图  1  广东省环保国控站点分布图

    图  2  2016-2019年广东省AQI(a)、PM2.5(b)、O3-8 h(c)和NO2(d)观测与GRACEs模式预报值年变化

    图  3  2016-2019年广东省102个环保国控站AQI、PM2.5、O3-8 h、NO2的观测值(a1,b1,c1,d1)、预报值(a2,b2,c2,d2)及两者差值(预报减观测)(a3,b3,c3,d3)的分布图

    图  4  2016-2019年广东省AQI(a)、PM2.5(b)、O3-8 h(c)和NO2(d)观测值与GRACEs模式预报值月变化

    图  5  2016-2019年广东省PM2.5(a)、O3(b)和NO2(c)观测值与GRACEs模式预报值日变化

    图  6  2016-2019年广东省AQI(a)、PM2.5(b)、O3-8 h(c)和NO2(d)观测与GRACEs模式预报日均值

    图  7  2016-2019年广东省AQI(a)、PM2.5(b)、O3-8 h(c)和NO2(d)逐日观测与GRACEs模式逐日预报散点图

    图  8  2016-2019年广东省AQI、PM2.5、O3-8 h和NO2观测值与GRACEs模式预报值的相关系数

    图  9  2016-2019年广东省GRACEs模式空气质量等级的TS评分(a)、空报率(b)、漏报率(c)和预报偏差(d)

    表  1  2016-2019年模式和观测数据相同时段的小时值样本数

    年份 2016 2017 2018 2019
    24 h 7 642 7 706 7 757 6 828
    48 h 7 488 7 715 7 768 6 823
    72 h 7 158 7 722 7 797 6 803
    下载: 导出CSV

    表  2  2016-2019年模式和观测数据相同时段的日值样本数

    年份 2016 2017 2018 2019
    24 h 333 328 337 298
    48 h 325 328 335 298
    72 h 310 328 338 297
    下载: 导出CSV

    表  3  2016-2019年模式和观测数据相同时段的月值样本数

    年份 2016 2017 2018 2019
    24 h 12 12 12 12
    48 h 12 12 12 12
    72 h 12 12 12 12
    下载: 导出CSV

    表  3  2016-2019年广东省GRACEs模式预报结果检验

    要素 24 h预报 48 h预报 72 h预报
    RMSE MB NMB RMSE MB NMB RMSE MB NMB
    AQI 19.0 -8.4 -8.7% 20.1 -7.1 -6.3% 21.5 -6.7 -5.0%
    PM2.5 13.2 -5.1 -13.4% 14.3 -5.5 -14.9% 15.8 -6.7 -17.4%
    O3-8 h 29.6 -13.6 -7.1% 30.6 -9.3 -0.4% 32.6 -5.7 5.4%
    NO2 9.9 -1.7 1.2% 11.0 -2.6 -1.7% 12.0 -3.5 -4.8%
    下载: 导出CSV

    表  4  2016-2019年广东省GRACEs模式的首要污染物预报准确率

    预报时效 24 h 48 h 72 h
    TR 56.3% 56.3% 56.3%
    下载: 导出CSV
  • [1] LIN C Q, LI Y, YUAN Z B, et al. Using satellite remote sensing data to estimate the high-resolution distribution of ground-level PM2.5[J]. Remote Sensing of Environment, 2015, 156: 117-128.
    [2] 张远航, 郑君瑜, 陈长虹, 等. 中国大气臭氧污染防治蓝皮书(2020年)[M]. 北京: 中国环境科学学会臭氧污染控制专业委员会, 2020: 15-16、20-35.
    [3] NAM K, ZHANG X, ZHONG M, et al. Health effects of Ozone and particulate matter pollution in China: A province-level CGE analysis[J]. Annals of Regional Science, 2019, 63(2): 269-293.
    [4] LIU H, LIU S, XUE B, et al. Ground-level ozone pollution and its health impacts in China[J]. Atmos Environ, 2018, 173: 223-230.
    [5] WILSON S R, MADRONICH S, LONGSTRETH J D, et al. Interactive effects of changing stratospheric ozone and climate on tropospheric composition and air quality, and the consequences for human and ecosystem health[J]. Photochemical and Photobiological Sciences, 2019, DOI: 10.1039/c8pp90064g.
    [6] 陈昊. 2019年广东21地市PM2.5首次全部达标[N]. 北京: 中国环境报, 2020: 4.
    [7] 吴乃庚, 邓玉娇, 向昆仑, 等. 2019年广东省生态气象监测公报[Z]. 广州: 广东省气象局, 2020: 8.
    [8] 邓雪娇, 李菲, 吴兑, 等. 广州地区典型清洁与污染过程的大气湍流与物质交换特征[J]. 中国环境科学, 2011, 31(9): 1 424-1 430.
    [9] 刘建, 吴兑, 范绍佳, 等. 前体物与气象因子对珠江三角洲臭氧污染的影响[J]. 中国环境科学, 2017, 37(3): 813-820.
    [10] 毛敏娟, 杜荣光, 齐冰. 浙江省大气扩散能力的时空分布特征[J]. 热带气象学报, 2019, 35(5): 644-651.
    [11] 李明华, 甘泉, 曹静, 等. 惠州市臭氧污染特征及其与气象条件关系研究[J]. 热带气象学报, 2019, 35(3): 324-331.
    [12] 齐艳杰, 于世杰, 杨健, 等. 河南省臭氧污染特征与气象因子影响分析[J]. 环境科学, 2020, 41(2): 587-599.
    [13] KALBARCZYK R, SOBOLEWSKI R, KALBARCZYK E. Biometeorological determinants of the tropospheric ozone concentration in the suburban conditions of Wroclaw, Poland[J]. Journal of Elementology, 2016, 21(3): 729-744.
    [14] LEE K J, KAHNG H, KIM S B, et al. Improving environmental sustainability by characterizing spatial and temporal concentrations of ozone [J]. Sustainability, 2018, 10(12): 4551.
    [15] 蒲义良, 吴斯敏, 叶朗明, 等. 江门市城区臭氧浓度变化特征及气象影响因素分析[J]. 热带气象学报, 2020, 36(5): 650-659.
    [16] WANG N, LYU X, DENG X, et al. Aggravating O3 pollution due to NOx emission control in eastern China[J]. Science of the Total Environment, 2019, 677: 732-744.
    [17] 严茹莎. 德州市夏季臭氧敏感性特征及减排方案[J]. 环境科学, 2020, 41(9): 3 961-3 968.
    [18] 李冬青, 吴其重, 徐旗, 等. 不同分辨率CMAQ模式系统对北京PM2.5预报效果研究[J]. 环境科学学报, 2020, 40(5): 1 587-1 593.
    [19] 许艳玲, 易爱华, 薛文博. 基于模型模拟的成都市PM2.5污染来源解析[J]. 环境科学, 2020, 41(1): 50-56.
    [20] 麦健华, 于玲玲, 邓涛, 等. 基于GRAPES-CMAQ的中山市空气质量预报系统预报效果评估[J]. 热带气象学报, 2018, 34(1): 78-86.
    [21] 王茜, 吴剑斌, 林燕芬. CMAQ模式及其修正技术在上海市PM2.5预报中的应用检验[J]. 环境科学学报, 2015, 35(6): 1 651-1 656.
    [22] 谢敏, 钟流举, 陈焕盛, 等. CMAQ模式及其修正预报在珠三角区域的应用检验[J]. 环境科学与技术, 2012, 35(2): 102-107.
    [23] 邓涛, 邓雪娇, 吴兑, 等. 珠三角灰霾数值预报模式与业务运行评估[J]. 气象科技进展, 2012, 2(6): 38-44.
    [24] 薛纪善, 庄世宇, 朱国富, 等. GRAPES新一代全球/区域变分同化系统研究[J]. 科学通报, 2008, 53(20): 2 408-2 417.
    [25] 陈德辉, 薛纪善, 沈学顺, 等. 我国自主研制的全球/区域一体化数值天气预报系统GRAPES的应用与展望[J]. 中国工程科学, 2012, 14 (9): 46-54.
    [26] 邓雪娇, 邓涛, 麦博儒, 等. 华南区域大气成分业务数值预报GRACEs模式系统[J]. 热带气象学报, 2016, 32(6): 900-907.
    [27] 中国气象局预报与网络司. 全国环境气象数值模式预报质量检验评估办法(试行)[Z]. 北京: 中国气象局, 2015: 1-6.
    [28] 宋烺, 邓涛, 吴兑, 等. 广州地区典型灰霾过程及不同天气类型下边界层高度研究[J]. 环境科学学报, 2019, 39(5): 13-23.
    [29] 黄俊, 廖碧婷, 吴兑, 等. 广州近地面臭氧浓度特征及气象影响分析[J]. 环境科学学报, 2018, 38(1): 23-31.
    [30] 姚青, 马志强, 林伟立, 等. 天津夏季边界层低层大气中PAN和O3的输送特征分析[J]. 环境科学, 2019, 40(1): 67-75.
    [31] 周永宏, 郑大伟. 相关系数检验表的新算法[J]. 中国科学院上海天文台年刊, 1997, 18: 18-23.
  • 加载中
图(9) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  235
  • HTML全文浏览量:  23
  • PDF下载量:  15
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-05
  • 修回日期:  2021-02-18
  • 刊出日期:  2021-04-01

目录

    /

    返回文章
    返回