嵌套网格空气质量预报系统及其在沈阳地区的初步应用 (2011年)

嵌套网格空气质量预报系统作为中国第三代区域多尺度空气质量模型,充分借鉴吸收了国际上成熟的天气预报模式、空气污染数值预报模式的优点,并体现了中国各区域、城市的地理、地形环境、污染源的排放等特点。模型能够在沈阳市很好的应用,并模拟出冬季重污染个例和夏季的轻污染个例,SO2的模拟效果略好,PM10的模拟结果偏低。造成偏低的原因主要有三个方面:污染源数据、污染物比例和模式内部参数。 ### 嵌套网格空气质量预报系统及其在沈阳地区的初步应用 #### 一、嵌套网格空气质量预报系统（NAQPMs） 嵌套网格空气质量预报系统（NAQPMs）作为中国自主研发的第三代区域多尺度空气质量预报模型，充分吸收了国际上成熟的天气预报模式和空气污染数值预报模式的优点。该系统具有以下特点： 1. **多尺度预测能力**：能够同时处理不同尺度（如区域级和城市级）的空气质量预测问题。 2. **高性能计算**：采用高性能并行集群架构，实现大容量高速计算，有效解决预报时效性问题。 3. **地理与环境适应性**：充分考虑中国各区域和城市的地理、地形环境以及污染源排放的特点。 4. **自然源影响考量**：特别设计了东亚地区起沙机制的模型，考虑自然源对城市空气质量的影响。 5. **观测数据同化**：利用城市空气质量自动监测系统的实际监测资料进行计算结果的同化。 #### 二、沈阳地区应用案例 沈阳市是中国东北重要的老工业基地之一，历史上存在较严重的空气污染问题。近年来，随着老工业基地振兴政策的实施，改善空气质量成为当务之急。NAQPMs在此背景下被引入沈阳，并取得了显著成效。 - **模拟效果**：NAQPMs能够准确模拟沈阳市冬季重污染个例和夏季轻污染个例。其中，二氧化硫（SO2）的模拟效果较好，而颗粒物PM10的模拟结果偏低。 - **模拟偏差原因**： - 污染源数据不准确或不完整。 - 模拟中污染物的比例与实际情况不符。 - 模式内部参数设置不当。 #### 三、具体应用案例分析 ##### 1. 冬季重污染时段模拟 模拟时间：2006年12月31日00时至2007年1月7日00时。 - **模拟目的**：验证NAQPMs在沈阳冬季重污染时期的预测能力。 - **模拟结果**：NAQPMs能够较好地模拟出这一时期的主要污染物浓度变化趋势。 ##### 2. 夏季轻污染时段模拟 模拟时间：2006年8月15日00时至2006年8月19日00时。 - **模拟目的**：验证NAQPMs在夏季轻污染时期的预测能力。 - **模拟结果**：虽然PM10的模拟结果偏低，但仍能在一定程度上反映夏季空气质量状况。 #### 四、模型设置与优化 NAQPMs在沈阳的应用中采用了特定的设置： - **气象场设置**：气象场模拟区域采用四层双向嵌套，分辨率分别为81km、27km、9km和3km。 - **污染场设置**：污染场设置与气象场类似，但在垂直方向上分为10层。 - **数据同化**：利用沈阳地区的实际监测数据进行模型同化，提高预测准确性。 #### 五、结论 NAQPMs作为一种先进的空气质量预报系统，在沈阳地区的应用取得了初步的成功，尤其是在冬季重污染时期的预测方面表现出了较好的性能。然而，对于PM10的模拟结果偏低的问题仍需进一步研究，通过改进污染源数据、优化污染物比例和调整模式内部参数等方法来提高预测精度。未来，随着模型的不断完善和技术的进步，NAQPMs有望在更多城市和地区得到推广应用，为改善空气质量提供更多科学依据和技术支持。