广州市污染季节空气质量预报效果评估及误差分析

基于广州市2016年第四季度空气质量实测及预报数据,对广州市污染季节空气质量预报效果进行了评估,结果表明,2016年第四季度广州市空气质量级别预报准确率83.7%、AQI范围预报准确率67.4%、首要污染物预报准确率67.2%、综合考核评分87.4分、相关系数0.78,预报效果总体良好,预报准确率在优良级别时相对较高,而在轻度污染以上级别时相对较低。预报误差分析表明,气象预报精细化程度不足、模式预报不确定性等客观因素,预报员缺乏对污染过程物理化学机制的深入理解等主观因素共同导致了预报的误差。     

天津市基于新标准的空气质量预报模型效果评估

利用2015年环境空气质量监测数据,对天津市OPAQ空气质量统计预报模型预测效果进行验证评估。结果表明,模型对天津市AQI和PM_(2.5)、PM_(10)、O_3、NO——2的预测结果与实测结果具有较好的趋势一致性,且预测时间越临近,拟合度越好,24 h预报的相关系数r全部达到0.8以上。对PM_(2.5)的预报性能明显优于PM_(10)、O_3和NO_2,PM_(2.5)平均值预测略呈正偏差,但重污染预测值偏低约15%;O_3和NO_2预测值呈明显负偏差,O_3峰值预测不足,NO_2预测值整体偏低,均以24 h预报趋势性最好,但负偏差最为突出。     

多尺度环境空气质量预报业务产品测试研究

为了探讨NAQPMS数值模式预报产品及其他预报业务所需产品在国家-区域-城市不同尺度单位的有效使用率、重污染过程中的作用,以及不同地区(城市)预报业务需求及作业产品需求偏差,选取17家单位进行测试研究。分析数据显示:15类参与研究产品均为各省市监测中心空气质量日常预报业务的开展作出了重要贡献,NAQPMS数值预报产品准确率最高可达到84.72%,省会城市准确率略低,总体平均可达50.21%,重污染过程的平均捕捉准确率为52.33%;研究测试产品在各尺度的获取时间均可控制在2.5 h左右。研究结果表明,指导产品能基本反映污染物形成、发展及变化趋势,明确不同地区城市预报业务需求及产品偏差,在PM_(2.5)和O_3预报准确率和重污染过程捕捉预报结果偏低等方面有待加强。     

达州市城区环境空气质量变化趋势及CMAQ模型预报分析

利用Spearman秩相关系数法、污染日历图、浓度分析法和CMAQ预测模型研究了达州市城区2015—2019年空气质量状况。结果表明:2015—2019年,达州市城区O_3浓度变化趋势为显著上升(P0.05),季度变化明显,8月易发生因O_3超标导致的轻度污染状况;CO年均值变化趋势为显著降低(P0.05);NO_2年均值呈上升趋势,但尚未达到显著水平(P0.05);SO_2、PM_(10)和PM_(2.5)年均值呈下降趋势,但变化趋势不明显(P0.05)。2019年,1月和12月污染最重,PM_(2.5)超标是主因,PM_(10)和PM_(2.5)年均值达标形势严峻,全年一半以上天数的PM_(2.5)浓度超过年均值二级标准限值,PM_(10)也近半;NO_2年均值达标形势严峻,全年212 d超过年均值二级标准限值。CMAQ模型对不同污染指标的预测准确率不同,预测PM_(2.5)浓度、首要污染物和空气质量等级时的准确率不及人工预测,预测AQI时的准确率高于人工预测,更多污染指标的预测比较还有待进一步研究。     

几种空气质量预报方法对冬季预报效果的评估与对比

基于2016年冬季泰州市环境空气质量自动监测数据,定量评估NAQPMS模式、CMAQ模式和人工订正对污染物质量浓度和空气质量等级的预报效果。结果表明,模式预报和人工订正对各污染物预报的相关系数由高到低排列为PM_(2.5)、PM_(10)、NO_2、SO_2、O_3-8h,颗粒物预报效果最好。除O_3-8h外,NAQPMS对各项污染物预报的相关系数R为0.47～0.82,CMAQ为0.75～0.81,人工订正为0.43～0.78,3种预报方式均能准确反映污染物浓度的变化趋势;模式预报、人工订正对O_3-8h预报相关系数均0.4。在发生颗粒物污染过程时,人工订正结果相对更为准确。NAQPMS、CMAQ和人工订正对空气质量等级24 h预报准确率分别为38.9%、41.1%和35.6%,NAQPMS对优类别的预判准确率较高,CMAQ、人工订正对良类别的预判准确率较高。对比不同时效的预报效果,24 h预报时效的准确率高于48和72 h。提出,城市空气质量预报可采用集合预报方式,综合1～2种运行较稳定的主流预报模式预报结果,预报员对模式模拟结果进行人工修订,提高预报准确率。     

基于机器学习的短临预报方法及其在空气质量保障中的应用

基于多个数值模式(NAQPMS、CMAQ)预报结果和站点观测资料,采用岭回归机器学习方法构建了一种多污染物短临预报方法,并应用于2017年厦门金砖国家峰会和2019年武汉军运会空气质量保障工作,评估总结了短临预报方法的可行性和预报效果。结果表明:短临预报表现出很好的预报能力,可以有效改进数值模式的预报趋势和量值。从日均模拟效果来看,短临预报的颗粒物相关系数达到0.9以上,均方根误差小于5μg/m~3,而且预报的臭氧相关系数和均方根误差分别为0.99和2μg/m~3。相较于日均数值模式预报结果,短临预报可使颗粒物和臭氧的预报相关系数至少提升16%和9%,预报均方根误差至少下降50%和86%。对于小时模拟效果,短临预报能够更好地把握颗粒物的小时变化特征,其相关系数较模式提升了0.2以上;同时短临预报能够更好地再现观测到的臭氧日循环特征,对白天的峰值和夜晚的低值预报更好,其相关系数高达0.9。总体来说,短临预报方法可为重大活动空气质量保障提供较为精准的临近预报结果,具有较好的应用价值。     

空气质量预报在世界互联网大会中的应用

为支持世界互联网大会期间大气污染管控工作，利用人工结合数值模式预报的方式在第二届到第五届世界互联网大会期间开展空气质量预报工作。多模式系统中WRF-CMAQ对乌镇及浙北区域大气污染变化的趋势模拟最好，2016—2018年对AQI日均值模拟的平均分数偏差（MFB）和平均分数误差（MFE）分别为-1.3%~1.6%和24.3%~28.3%。会前48 h、72 h和96 h空气质量等级预报准确率分别为37.5%~83.3%、33.3%~90.0%和0~89.9%。会议期间乌镇的AQI日均值48 h预报准确率为33.3%~100%，等级预报准确率为66.7%~100%。与日常空气质量预报不同，会议期间预报还应重点关注大气污染过程，如有污染可能性，需要给出污染过程的起始时间、持续范围和浓度峰值等情况及其关键时间节点，有针对性地提出大气污染管控的措施建议，为会议期间空气质量保障提供技术支撑。     

夏收和秋收期间泰州市空气质量特征研究

利用2012—2015年泰州市空气质量监测数据,分析夏、秋收期间城市环境空气质量特征,探讨引发重污染天气的原因。结果表明,夏收期间空气质量整体优于秋收,2012年、2013年秋收期间空气质量最差,达到重污染以上的天数分别为10 d、6 d,颗粒物尤其是PM_(2.5)超标较严重,2015年秋收期间空气质量显著好转。秸秆焚烧日PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度呈较高相关性,PM_(2.5)/PM_(10)值比非秸秆焚烧日高。基于气团后向轨迹及秸秆焚烧卫星遥感监测火点图将污染事件分类,研究得出秸秆焚烧和区域输送是导致城市污染加重的主要因素。     

G20峰会空气质量保障机制的构建

为进一步做好G20峰会空气质量保障工作,在大气污染联防联控机制的基础上,建立G20峰会空气质量保障机制,形成专项工作小组,按照空气质量保障组织框架运行,为精准保障提供空气质量预报、污染态势特征及评估、措施执行情况及效果、污染溯源等管控技术支撑。2016年9月,G20峰会期间杭州市空气质量总体优良,8月24日至9月7日G20峰会前后杭州市PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、NO_2、CO、O_3等污染物浓度同比2015年分别下降40%、40%、37%、56%、22%、7%,在该机制的推动下空气质量保障工作圆满完成。     

2018年11月上旬一次中韩PM2.5相互影响传输过程分析

2018年11月5—7日,韩国首尔出现了一次PM_(2.5)污染过程。利用拉格朗日轨迹分析(HYSPLIT)模型分析了首尔峰值浓度气团的来源,结合污染物监测和气象资料,定性分析了中国对韩国浓度高值可能的影响及其程度。利用嵌套网格空气质量预报模式(NAQPMS)及其耦合的在线污染来源追踪模块进行了污染来源解析和敏感性测试,分别计算了同一时期中韩两国相互间的PM_(2.5)传输贡献。结果显示:2018年11月5—7日,中国对韩国首尔污染过程的日均贡献不足10%;此次污染过程后期,首尔的污染气团对上海PM_(2.5)浓度峰值产生了影响。     

江苏省级区域空气质量数值预报模式效果评估

采用中国科学院大气物理研究所开发的嵌套网格空气质量模式系统(NAQPMS),搭建江苏省级区域空气质量数值预报模式系统,并测试了该系统对2013年夏季江苏省PM2.5质量浓度未来24 h预报以及7 d潜势预测的效果。结果表明,该系统成功应用于江苏省的空气质量预报;所有地市的24 h预报效果均在合理范围内(平均分数偏差小于±60%且平均分数误差小于75%);7 d潜势预测效果比24 h预报效果略差,整体能准确把握PM2.5质量浓度的变化趋势。     

沈阳市冬季环境空气质量统计预报模型建立及应用

利用沈阳市2013年1—2月大气自动监测数据和同期气象资料,选取19项预报因子,采用逐步回归方法建立了沈阳市冬季环境空气质量统计预报模型,预报项目包括细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、一氧化碳(CO)日均浓度及臭氧(O3)日最大8 h平均浓度。2013年11月至2014年1月,应用该模型并结合人为经验修订,开展了沈阳市环境空气质量预报工作,预报结果与实测结果的对比验证结果表明,环境空气预测结果级别准确率达到79.1%,首要污染物准确率为73.6%。     

大连市夏季近地面臭氧污染数值模拟和控制对策研究

通过区域空气质量模型CAMx对大连市2015年8月近地面臭氧(O_3)污染进行模拟,探讨了O_3及其生成前体物(NOx和VOCs)的来源,O_3生成控制区,并根据敏感性分析结果对前体物排放的控制效果进行了定量评估。结果表明:本地NOx排放对大连地区的NOx浓度贡献占90%以上,本地VOCs排放对大连地区的VOCs浓度贡献占80%以上,而本地NOx和VOCs排放对大连地区O_3浓度贡献仅占29%;大连市整体上为VOCs控制区,控制VOCs能有效降低O_3污染,还能有效削减O_3的峰值浓度;通过敏感性分析结果计算得出,削减大连本地工业源VOCs和民用源VOCs能够有效降低大连地区O_3浓度,削减10%的工业源VOCs能使市区O_3平均浓度降低2%左右,削减10%的民用源VOCs能使大连市区平均O_3浓度降低1%左右。建议NOx与VOCs削减比例为1∶2,对大连市O_3和PM2.5污染进行协同控制。     

2018年11—12月北京市重污染天气过程数值预报能力评估

2018年11—12月北京市发生了4次以PM_2.5为首要污染物的重污染天气过程，为了分析数值模型对4次重污染过程的预报能力，将CMAQ模式提前1~7 d对北京市PM_2.5的小时预报结果与观测结果对比，分别从离散统计和分类统计2个方面评估CMAQ模式对4次重污染天气过程的预报效果，并简要分析了偏差产生的气象方面原因。结果表明：CMAQ模式提前1~6 d对重污染天气过程的预报显示出良好的性能，为日常业务预报提供了可借鉴的参考信息，可较好地预报出PM_2.5小时浓度变化趋势和浓度水平，离散统计结果显示提前1~4 d的预报结果好于提前5~7 d，相关系数r基本大于0.8，但有一定程度的低估趋势；分类统计结果显示不同预报时效预报准确率大于70%，探测准确率高于55%，部分时段可以达到80%~90%，对人工预报起到了良好的参考作用；输入的气象场的变化及其偏差对于重污染的起始时间、持续时间及清除时间有一定的影响，对相对湿度预报偏小和风速预报偏大是造成CMAQ模式低估的一个重要原因。     

基于WRF-NAQPMS的一次沙尘天气预报评估

为提高沙尘天气的预报准确率,利用ECWMF再分析资料和近地面PM₁₀小时质量浓度监测数据,评估WRFNAQPMS模式对2021年3月15—21日甘肃强沙尘过程的预报能力。结果表明,WRF-NAQPMS能够在一定程度上模拟此次污染过程:WRF对“3· 15”天气系统的模拟与实况整体趋势较为一致,随着预报时效延长,气象模拟场移动偏快,导致沙尘预报场发展偏快、沙尘二次传输影响下游时间提前;近地面风向的局地偏差是导致甘肃中东部地区沙尘浓度出现预报误差的主要气象因素。NAQPMS模式对PM₁₀小时质量浓度的模拟随着预报时效增加和离沙源地距离的增大,预报误差逐步增大:在河西地区,沙尘影响时段和起沙浓度的模拟值均接近监测值,其中嘉峪关、酒泉、张掖的PM₁₀小时质量浓度模拟值与监测值相关系数r>0.8;中部地区城市的沙尘影响时段预报略有偏差,且模拟值低于监测值;受复杂下垫面和气象场预报误差影响,省内其他地区沙尘预报结果参考性较低。     

环境空气质量新旧评价体系及评价结果差异

在分析环境空气质量评价体系的变化的基础上,通过分析实际监测数据说明评价体系变化对评价结果的影响。结果表明:由于NO2和PM10的年平均二级浓度限值收严,用新标准评价全国325个地级以上城市2012年的达标情况,将有164个城市由达标变为不达标;参照《环境空气质量评价技术规范(试行)》评价2012年度地级以上城市的达标情况,达标率由91.4%降为41.8%;不同时段O3的1 h平均浓度值对计算其8 h滑动平均浓度值的贡献不同,可能引起8 h滑动平均浓度值计算结果的差异;由于在计算实时空气质量指数时PM10和PM2.5使用24 h滑动平均浓度值,当空气质量突变时会出现评价结果与实际污染状况不符的情况。     

山西省大气污染特征及对公众健康的空间影响

利用山西省11个地级市大气环境监测站的PM_2.5、PM₁₀和O₃浓度数据,分析了2015—2020年山西省PM_2.5、PM₁₀和O₃浓度时空变化特征,采用空间计量模型和岭回归方法,分析了空气污染对公众健康的空间影响。结果表明:PM_2.5和PM₁₀年均质量浓度总体下降,两者在2017年最高,2020年最低;O₃年均浓度总体增加。在季节尺度上,PM_2.5和PM₁₀质量浓度在冬季的12月和1月最高,夏季的8月最低;O₃浓度在6月最高。空间上,相较2015年,2020年山西省各地级市PM_2.5污染程度均有改善,其中长治改善效果最好;2020年山西各地级市PM₁₀污染兼有加重和减轻的情形,所有地级市PM_2.5和PM₁₀污染水平均超过国家二级污染浓度限值;2020年山西多数地级市O₃浓度升高。山西公众健康水平具有明显的空间离散特征,PM_2.5和PM₁₀浓度的局部空间自相关特征高度一致,呈现"南高北低"的格局,O₃浓度分布呈"南部高,中北部低"的格局。大气环境质量和经济发展水平均对医疗机构诊疗人数和健康体检人数的变化有正向影响,每万人卫生技术人员数量和公共财政支出比例对公众健康均有负向影响,其中经济发展水平和大气环境质量的影响最显著。山西省PM_2.5治理取得一定成效,但大部分城市PM_2.5和PM₁₀达标率较低,O₃浓度有持续升高的趋势,PM₁₀和O₃污染改善缓慢,深度减排仍面临挑战。PM_2.5和PM₁₀是危害山西公众健康的主要大气污染物,未来需要加强PM_2.5、PM₁₀和O₃的精细化管理及协同治理。     

西藏自治区“十二五”和“十三五”环境空气质量变化特征

"十二五"以来中国先后颁布了一系列大气污染防治政策并实施相应的大气污染治理措施以提高环境空气质量。为研究西藏自治区"十二五"(2011-2015年)和"十三五"(2016 -2020年)时期环境空气质量变化状况,评估大气污染防治措施实施效果,笔者对2011-2020年西藏自治区7个城市(地区)主要大气污染物浓度和优良天数比例变化进行分析。结果表明:随着一系列大气污染防治措施的实施,西藏自治区环境空气质量显著提升,与"十二五"时期相比,"十三五"时期西藏自治区年平均优良天数比例由97.5%±2.0%提升至99.3%±0.4%,SO₂、 NO₂、 PM₁₀、 PM_2.5浓度年均值和CO 浓度第95百分位数均呈下降趋势,其中CO、PM₁₀和PM_2.5浓度下降幅度较大,O₃日最大8h滑动平均值第90百分位数略有上升。西藏自治区环境空气质量与人口、经济发展程度呈负相关关系。受污染源排放、气象条件和区域传输等因素影响,西藏自治区O₃浓度春、夏季较高,而其余污染物浓度冬季较高。     

珠三角秋冬季节长时间灰霾污染特性与成因

利用珠三角大气超级站2012年10月与2013年1月能见度、不同粒径颗粒物与BC质量浓度、气溶胶光散射系数、O3、相对湿度等在线监测数据,分析秋冬季节2次持续时间超过10 d的长时间灰霾过程污染特性与成因。结果表明,冬季灰霾过程中气溶胶吸光系数和光散射系数对大气总消光系数的贡献分别为13%和67%;PM2.5、PM1占PM10质量浓度分别为66%和39%;较高的PM2.5与BC日均浓度相关系数(R2=0.88)体现了一次排放对颗粒物质量浓度及能见度的显著影响。秋季灰霾过程中气溶胶吸光系数和光散射系数对大气总消光系数的贡献分别为11%和69%,由BC导致的吸光效应较冬季下降了约20%;PM2.5和PM1占PM10质量浓度比例分别为68%和45%,均高于冬季;O3浓度日最大小时值的平均值接近冬季的2倍;二次来源对PM2.5浓度升高和能见度下降起主导作用。来自不同方向的2种气团在珠三角僵持,大气扩散条件差是导致这2次灰霾过程的重要外在条件,应成为灰霾预报预警的重点关注对象。