空氣質(zhì)量模式初始場(chǎng)同化在珠三角地區(qū)的應(yīng)用試驗(yàn).pdf

1、近年來(lái)，大氣環(huán)境污染問(wèn)題受到了廣泛的關(guān)注，空氣質(zhì)量模式是進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)的重要手段，但其預(yù)報(bào)結(jié)果仍具有很大的改進(jìn)空間。資料同化方法在大氣化學(xué)模式的應(yīng)用是當(dāng)前國(guó)際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它為改善模式預(yù)報(bào)精度提供了一種有效的方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，從應(yīng)用簡(jiǎn)單、背景場(chǎng)誤差定常的最優(yōu)插值法發(fā)展到考慮背景場(chǎng)誤差隨時(shí)間變化的集合卡爾曼濾波，資料同化方法被廣泛應(yīng)用于模式各種不確定性因素的訂正。本文采用WRF-CMAQ對(duì)2013年12月珠三角的二氧化硫(SO2)進(jìn)

2、行模擬，利用最優(yōu)插值法(OI)和集合均方根法(EnSRF)對(duì)SO2開(kāi)展初始場(chǎng)同化預(yù)報(bào)試驗(yàn)，對(duì)比不同方法的同化效果，對(duì)初始場(chǎng)同化效果進(jìn)行系統(tǒng)分析，并初步討論初始場(chǎng)同化對(duì)模式預(yù)報(bào)的影響。取得的主要科學(xué)認(rèn)識(shí)與結(jié)論有:
　　(1)WRF-CMAQ的模擬結(jié)果表明，模式對(duì)氣象要素模擬較好，對(duì)SO2的模擬整體偏高。背景場(chǎng)分析結(jié)果表明背景場(chǎng)誤差高值區(qū)主要位于江門(mén)一帶，模式對(duì)邊界層內(nèi)特別400m以下SO2的模擬不確定性較大。集合預(yù)報(bào)所得背景場(chǎng)誤差的

3、變化趨勢(shì)與濃度場(chǎng)變化趨勢(shì)一致。
　　(2)對(duì)同化站點(diǎn)數(shù)和相關(guān)尺度的敏感性試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，同化站點(diǎn)的均方根誤差隨著同化站點(diǎn)數(shù)的增多而增大，相比于未同化時(shí)的誤差均有所減小。分析場(chǎng)的誤差隨相關(guān)尺度的增大而變大。試驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)最優(yōu)化尺度為20km，在同樣的相關(guān)性下，EnSRF方法對(duì)初始場(chǎng)的訂正效果要優(yōu)于OI方法。
　　(3)對(duì)比OI與EnSRF方法對(duì)初始場(chǎng)的同化效果，同化后站點(diǎn)的平均相對(duì)誤差和均方根誤差均有所下降，同化站點(diǎn)和檢驗(yàn)

4、站點(diǎn)的均方根誤差分別下降73％和38％左右。同化調(diào)整了污染物濃度場(chǎng)的分布型態(tài)，與觀測(cè)場(chǎng)更為吻合，為模式提供了與實(shí)際更接近的初始場(chǎng)。EnSRF方法對(duì)污染過(guò)程的調(diào)整效果優(yōu)于OI方法，對(duì)清潔過(guò)程的訂正效果則相反。整體上，EnSRF方法對(duì)SO2的初始場(chǎng)改善效果要優(yōu)于OI方法。
　　(4)對(duì)比OI與EnSRF所得分析場(chǎng)對(duì)預(yù)報(bào)場(chǎng)的影響，同化預(yù)報(bào)試驗(yàn)的誤差均比未同化的預(yù)報(bào)場(chǎng)的要小，相關(guān)性有所提高。兩種方法對(duì)預(yù)報(bào)場(chǎng)的優(yōu)化效果相近，其中EnSRF方

5、法所得預(yù)報(bào)場(chǎng)的誤差較小。
　　(5)運(yùn)用OI方法進(jìn)行不同站點(diǎn)數(shù)目的6小時(shí)同化預(yù)報(bào)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)同化初值對(duì)SO2模擬偏高有所緩解。預(yù)報(bào)1-6小時(shí)的均方根誤差相對(duì)于未同化試驗(yàn)的降低幅度從80％減少到4％，隨著預(yù)報(bào)時(shí)間增加，不同站點(diǎn)數(shù)方案的預(yù)報(bào)場(chǎng)間差異逐漸減小。
　　(6)初始值擾動(dòng)對(duì)大氣化學(xué)模式的影響較小，初始值差異隨同化模擬而逐漸減小，集合離散度迅速減小，EnSRF方法出現(xiàn)濾波發(fā)散問(wèn)題，12小時(shí)后無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)同化預(yù)報(bào)。擬進(jìn)一步