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气溶胶和气态污染物三维变分协同同化

增亮 臧、晓滨 潘、Wei You、代春 汪、延飞 梁、宏让 何

2020SCIENTIA SINICA TerraeEarth and Planetary Sciences被引 1开放获取

摘要

基于WRF-Chem(Weather Research and Forecasting model coupled with Chemistry)大气化学模式, 建立了面向MOSAIC(Model for Simulating Aerosol Interactions and Chemistry)多物种多粒径段气溶胶机制的三维变分同化方案, 实现气态污染物SO₂、NO₂、CO、O₃和颗粒物PM_2.5、PM₁₀观测资料的协同同化. 利用中国环境监测总站发布的上述6种污染物的逐时浓度观测资料进行了一个月的同化模拟试验, 以检验同化对化学初始场及其之后预报的影响. 结果表明: (1) 同化能提供更准确的模式初始场, 与未同化观测资料的背景场相比, 同化使得分析场中PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂、CO和O₃质量浓度的均方根误差分别降低了29.27μg m^–3(53.5%)、34.5μg m^–3(50.9%)、 30.36μg m^–3(64.2%)、8.91μg m^–3(39.5%)、0.46mg m^–3(47.4%)和15.11μg m^–3(51.0%); 平均相对误差分别降低了42.6%、53.1%、45.2%、43.1%、69.9%和48.8%; 相关系数分别提高了0.51、0.55、0.48、0.38、0.47和0.65. (2) 同化对不同污染物预报产生的改善效果有所差异. 对PM_2.5、PM₁₀和CO预报的改善效果较好, 同化的正效应能持续48h以上且改善效果显著; 对SO₂和O₃的预报, 同化的正效应持续8h左右; NO₂的同化效果较差, 仅持续了3h左右. (3) 从空间来看, 除个别地区外, 同化对全国范围内的气溶胶质量浓度48h预报都有改善效果; 同化对华北地区SO₂ 的48h浓度预报有明显的改进; NO₂的同化效果较差, 没有大范围的改进; 除华北、华东以及四川盆地外, 同化对其他地区48h内的CO浓度预报有改善效果; 除西南和西北地区外, 同化对全国48h内的O₃预报改善效果明显, 而且华南地区的改进幅度高于其他地区.

引用本文（GB/T 7714）

DOI：https://doi.org/10.1360/sste-2019-0182