霾污染环境大气能见度参数化方案的改进

发布时间：2019-11-15 10:29

【摘要】：霾污染是高浓度大气气溶胶造成低能见度的大气现象,为了完善目前空气质量模式的大气能见度参数化方案,以准确地预报霾污染过程的能见度变化,基于已有的大气总消光系数与大气能见度的关系,依据Mie理论和大气分子的消光特性,计算颗粒物和NO_2的消光系数,提出一种改进的大气能见度参数化方案.为了验证这一改进的参数化方案的大气能见度预报性能,(1)利用空气质量模式WRF-Chem3.7模拟2013年12月南京地区两次霾污染个例,并且与实际观测数据对比,证实其能够准确地模拟大气颗粒物和NO_2的浓度变化;(2)利用模拟的大气颗粒物和NO_2的浓度数据,分别采用改进的能见度参数化方案及已有的IMPROVE方案和CHEN的能见度参数化等3个方案,计算两次霾污染个例的大气能见度变化;(3)与观测能见度比较,评估3个能见度参数化方案的模拟准确性。评估表明,改进的参数化方案模拟的两个霾污染个例能见度的平均标准化偏差和平均偏差分别为17.19%、3.18%和517、173 m,并且和观测能见度的相关系数分别提高到0.76、0.87,其能见度模拟的准确性优于其它两种已有的参数化方案,并在不同相对湿度(RH)和能见度范围内改进的参数化方案模拟的标准化平均误差均小于其它两种参数化方案,其中,在RH80%和能见度≥1 km范围内标准化平均误差均低于50%.研究显示,改进的大气能见度参数化方案能够有效地提高空气质量模式的霾污染环境大气能见度的预报准确性.
【图文】：

大气能见度模拟性能，计算了这两个污染个例模拟和观测的大气能见度的统计量(见表2)．平均偏差、标准化平均偏差和标准化平均误差越小，相关系数越大，，表示模拟越好．表23种能见度参数化方案模拟的统计值Table2Statisticvaluesofvisibilitysimulationsbetweenthreeparameterizations项目个例1个例2方案A方案B方案C方案A方案B方案C相关系数0.790.690.760.860.890.87标准化平均偏差湓%93.33－35.0517.19102.23－31.353.18标准化平均误差湓%96.4445.9748.23102.2736.2227.16平均偏差湓m2810－12165175570－1708173图2不同霾污染时段内3种参数化方案模拟能见度与观测值的对比Fig.2Visibilitysimulatedbythreeparameterizationsversusobservationintwohazeepisodes为便于与观测的大气能见度比较，设置模拟的大气能见度上限为30km．由模拟结果可以看出，3种能见度参数化方案均能反映观测大气能见度的变化趋势(见图2)．对于个例1，方案A模拟的大气能见度整体偏高，在高能见度(≥10km)时间段偏差明显，平均偏差达2810m;方案B模拟的大气能见度略低1684

鉩日銀宓陀诠鄄庵担囡诘湍芗鉩仁奔?段模拟较好，但对于高能见度，模拟偏差明显;与方案A、B相比，方案C在整个时段内的大气能见度模拟偏差显著减小，模拟最为准确，相关系数高达0.87，平均偏差仅为173m，标准化平均偏差和标准化平均误差分别为3.18%、27.16%(见表2)．3.2不同能见度和ＲH范围模拟评估为进一步评估参数化方案对能见度的模拟性能，该文将观测的大气能见度值划分为:能见度≥10km、5km≤能见度＜10km、1km≤能见度＜5km以及能见度＜1km4个等级，统计各能见度等级内3个方案模拟的大气能见度的平均偏差〔见图3(a)〕和标准化平均误差〔见图4(a)〕．方案A对高能见度(≥10km)模拟偏高，平均偏差达8km;对低能见度模拟相对较好，偏差随能见度降低而减小．方案B模拟能见度整体偏低，尤其是高能见度范围内平均偏差达－6km，随能见度降低模拟偏差逐渐缩小;在能见度＜1km范围内，模拟效果优于其他两种方案，模拟值相对观测值偏大0.6km．方案C在能见度≥5km时模拟偏低，平均偏差最大为2.6km;而在能见度＜5km时模拟偏高，最大偏差接近2km．3种参数化方案在能见度＞5km的标准化平均误差均小于50%，在能见度＜1km的标准化平均误差均大于400%，是其他能见度等级平均误差的3～4倍，表明对低能见度(＜1km)模拟较差;方案C在各能见度等级标准化平均误差均优于其他两种方案．此外，该文将观测的ＲH划分为7个等级，即ＲH＜40%、40%≤ＲH＜50%、50%≤ＲH＜60%、60%≤ＲH＜70%、70%≤ＲH＜80%、80%≤ＲH＜90%、ＲH≥90%，统计各ＲH等级内3个方案模拟的大气能见度的平均偏差〔见图3(b)〕和标准化平均误差〔见图4(b)〕．方案A在低湿(ＲH＜50%)情况下对能见度的模拟较差，模拟值比观测值偏大5km，平均偏差随ＲH增大而减小;当ＲH≥50%

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本文编号：2561263