ISSN 1004-4965

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广东省不同天气形势下GRACEs模式臭氧预报检验及误差来源分析

陈靖扬 李婷苑 邓涛 翁佳烽 欧阳珊珊 林子锋

陈靖扬, 李婷苑, 邓涛, 翁佳烽, 欧阳珊珊, 林子锋. 广东省不同天气形势下GRACEs模式臭氧预报检验及误差来源分析[J]. 热带气象学报, 2025, 41(3): 400-412. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.035
引用本文: 陈靖扬, 李婷苑, 邓涛, 翁佳烽, 欧阳珊珊, 林子锋. 广东省不同天气形势下GRACEs模式臭氧预报检验及误差来源分析[J]. 热带气象学报, 2025, 41(3): 400-412. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.035
CHEN Jingyang, LI Tingyuan, DENG Tao, WENG Jiafeng, OUYANG Shanshan, LIN Zifeng. Ozone Forecasting Performance Evaluation and Error Source Analysis of GRACEs Model Under Different Synoptic Patterns in Guangdong[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2025, 41(3): 400-412. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.035
Citation: CHEN Jingyang, LI Tingyuan, DENG Tao, WENG Jiafeng, OUYANG Shanshan, LIN Zifeng. Ozone Forecasting Performance Evaluation and Error Source Analysis of GRACEs Model Under Different Synoptic Patterns in Guangdong[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2025, 41(3): 400-412. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.035

广东省不同天气形势下GRACEs模式臭氧预报检验及误差来源分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2025.035
基金项目: 

广东省基础与应用基础研究基金项目 2023A1515110536

广东省科技计划项目 2024B1212040006

中国气象局青年创新团队项目 CMA2023QN13

广东省气象局软科学项目 Z202304

江苏省研究生科研与实践创新计划 KYCX24_1422

广东省气象局科学技术研究项目 GRMC2022M09

广东省重点研发计划项目 2020B1111360003

详细信息
    通讯作者:

    李婷苑,女,广东省人,高级工程师,主要从事环境气象研究工作。E-mail: l-tiny@163.com

  • 中图分类号: X16

Ozone Forecasting Performance Evaluation and Error Source Analysis of GRACEs Model Under Different Synoptic Patterns in Guangdong

  • 摘要: 利用2018—2020年广东省空气质量和气象要素监测数据、再分析资料、CMA模式预报资料和客观天气分型方法,开展不同天气型下华南区域大气成分数值模式系统(GRACEs)臭氧预报性能评估及其误差来源分析。结果表明:(1)GRACEs模式对O3_8h浓度趋势预报较好,但对O3_8h及其前体物NO2浓度预报值总体偏低,其中NO2浓度预报偏差更显著。(2)在台风外围+冷高压脊(TPR)和弱冷高压脊(HR)天气型下,臭氧平均浓度和臭氧污染城次概率最高,且模式对此类型天气下O3_8h浓度的预报能力亦最差。NO2预报偏差是导致O3_8h浓度预报偏差的重要原因,而CMA模式对边界层气象要素预报值的偏差可进一步导致O3_8h浓度预报偏低。(3)GRACEs模式对臭氧污染的漏报率较高,相对于整体预报水平,在TPR天气型下GRACEs模式对NO2浓度预报偏低程度更大,HR天气型下模式对2 m气温预报负偏差也更明显。(4)从空间分布来看,GRACEs模式对广东省东西两翼城市O3_8h浓度预报效果较好,而GRACEs模式对NO2浓度和CMA模式对全省21个城市2 m气温预报偏低的分布差异是导致O3_8h浓度预报效果分布差异的重要原因。

     

  • 图  1  广东省国家环境空气质量监测站和国家气象站点位置分布

    图  2  2018—2020年广东省21个城市GRACEs模式对24 h O3_8h(a)和NO2(b)R、RMSE和MB的预报结果检验分布图

    图  3  2018—2020年广东省不同天气型下臭氧污染情况

    图  4  2018—2020年不同天气型下广东省GRACEs模式O3_8h预报效果相关系数R(a)、平均误差MB(b)和均方根误差RMSE(c)评估

    图  5  2018—2020年不同天气型下广东省GRACEs模式NO2预报效果评估

    图  6  2018—2020不同天气型下广东省CMA模式累计降水量(a)、2m相对湿度(b)、海平面气压(c)、2 m气温(d)、10 m U风(e)和10 m V风(f)预报效果评估

    图  7  2018—2020年不同天气型下广东省21个城市GRACEs模式O3_8h浓度(a)、NO2浓度(b)和CMA模式累计降水量(c)、2 m气温(d)、2 m相对湿度(e)、10 m U风(e)和10 m V风(f)预报偏差分布。从左至右分别代表TPR、HR和OT天气型。

    图  8  2018—2020年臭氧污染漏报情况下GRACEs模式NO2浓度预报效果评估

    图  9  2018—2020年漏报情况下广东省CMA模式累计降水量(a)、2 m相对湿度(b)、海平面气压(c)、2 m气温(d)、10 m U风(e)和10 m V风(f)预报效果评估

    图  10  2018—2020年漏报情况下广东省21个城市TPR天气型GRACEs模式O3_8h(a)、NO2(b)预报值偏差和HR天气型GRACEs模式O3_8h浓度(c)、CMA模式2 m气温(d)预报偏差分布

    表  1  CMA模式和CMAQ模式的网格设置

    CMA模式 CMAQ模式
    嵌套区域 网格数 网格距/km 中心经纬度 嵌套区域 网格数 网格距/km 中心经纬度
    1 283×184 27 121.86 °E, 23.05 °N 1 182×138 27 121.86 °E, 23.05 °N
    2 233×163 9 117.55 °E, 23.02 °N 2 98×74 9 117.55 °E, 23.02 °N
    3 172×130 3 113.38 °E, 22.93 °N 3 152×110 3 113.38 °E, 22.93 °N
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    表  2  2018—2020年广东省GRACEs模式预报结果检验

    要素 平均浓度/(μg·m-3) R RMSE/(μg·m-3) MB/(μg·m-3)
    24 h 48 h 72 h 24 h 48 h 72 h 24 h 48 h 72 h
    O3_8h 90 0.60 0.51 0.43 35.9 37.8 40.0 -11.8 -7.9 -6.2
    NO2 25 0.48 0.43 0.41 14.6 15.2 15.5 -2.4 -2.7 -2.4
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    表  3  2018—2020年广东省GRACEs模式臭氧污染漏报率

    天气型 污染总城次/个 24 h 48 h 72 h
    TPR 290 99.3% 97.3% 97.6%
    HR 126 99.0% 95.8% 96.9%
    OT 668 90.8% 85.1% 88.2%
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-01-10
  • 修回日期:  2025-03-28
  • 网络出版日期:  2025-07-06
  • 刊出日期:  2025-06-20

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