( 3) 级别判定评分办法即预报的污染级 别与实际污染监测级别相同为正确预报, 否 则为错误预报。为了更客观地比较, 同时还 给出了各种预报方法的预报值和监测值的相 关分析。
4 评分结果 2001 年 2 月 17 日至 3 月 17 日期间共
24 天应用 EMH 模式在天津市 区进行试验 预报, 采用 API 指数分级法对空气污染预报 的结果进行分析。将天津市区六个监测站空
SO2 481 3 661 7 9315 7715 6719
级别法 NO2 591 3 961 7 100 8711 9117
PM10 621 1 561 7 8711 8016 7216 综合评分 871 9 861 8 9112 8917 8914
CAPPS
SO2 461 2 311 3 6115 6818 5316 指数法 ( ? 10) NO2 401 9 681 8 8018 6215 6618
气污染物浓度实测结果及模式预报结果用空
气污染等级表示( 表 1) 。
表 1 取暖期实测与 EMH 预报结果级别正确率/ %
站点 南开区 河北区 河西区 红桥区 和平区 河东区 平均
SO2 621 5 6617 9117 6215 5813 7510 6915
N O2 871 5 8715 7912 6617 5813 9518 7912
数, 从该表 可见, CAPPS 预报值 和检测值的 相关性总体上要比其他两种方法好一些, 但 是对 PM 10 而言, 任何一种方法的预报效果都
不能令人满意。 如果 将 沙 尘 暴 天 气 排 除, CAPPS 和
M RA 方法对 PM 10 的预报效果会有所提高。
) 32 )
表 5 预报值和 检测值的相关系数
预报方法 评分办法 1 月 4 月 7 月 10 月 年
综合评分 831 3 851 9 9116 8418 8715
MAR
指数法 SO2 101 3 531 3 3817 7715 4218 ( ? 10) NO2 181 5 531 3 8319 2216 5218
PM10 341 5 231 3 4814 3515 3711
PM10 151 4 311 3 3815 5010 3315 SO2 571 7 681 8 100 8715 8214
级别法 NO2 771 3 100 100 8113 9018
PM10 611 5 561 3 9612 8715 6613 综合评分 901 6 941 6 9216 9813 9319
预报方法 EM H CA PPS M RA
SO2 01 1374 01 8892 01 8478
NO 2 - 01 1427
01 6974 01 5221
PM 10 - 01 3741
01 3618 01 3797
5结 论 通过对几种空气质量预报方法在天津市
区的预报效果的对比分析, 发现 CAPP S 模式
PM10 481 4 701 0 9013 9013 7915
再从取暖期与非取暖期的预报效果对比
看, 各种预报方法都是非取暖期的预报效果 明显好于取暖期的预报效果, 这是与天津市 的污染特征和能源结构密切相关的, 而与预 报方法的关系不大。
表 5 为 EMH 、CAPPS 和 M RA 预报方法 的所有时间序列的预报值和监测值的相关系
方法在 SO 2 和 PM10 ( 尤其是 PM10 ) 预报效果
明显好于其他预报方法。而 N O 2 的变化幅
度小且级别低, 所以 CAPPS 模式的预报效果 最好, 甚至超过了预报员的经验预报。
表 2 取暖期三 种预报方法的预报
级别正确 率/ %
预报方法 CA PPS M RA
ECF
SO2 671 9 441 8 751 5
引言 自 2001 年 6 月 5 日起, 全国有 47 个重
点城市对公众发布空气质量预报, 主要业务 预报方法主要有三大类: 数值模式预报方法、 统计预报方法和综合经验预报方法。其中数 值预报方法主要有两种模式系统: 一是中国 科学院大气物理所开发的城市空气污染预报 模式系 统[ 1] ( 以下简 称 EMH ) 包括 ET A 模 式、能较好预测山谷风、河陆风及城市热岛环 流的 M-B 模式、干湿沉积模式、高分辨率对 流层化学模式; 另一个是中国气象局气象科 学研究 院开发的 城市空 气污染预 报系统[ 2] ( CAPP S) 。统计 方法主 要是各 地根 据自己 的污染气象特征开发的大多以多元回归为主 的各类统计预报方法。综合经验预报方法主 要是预报员在参考天气形势预报、气象要素 预报和当日污染状况的基础上, 对各种方法 如统计预报和数值预报的结果进行人工加权 做出的综合预报[ 3] 。在天津市的空气质量预 报中主要采用以上两种模式系统和统计预报 方法。通过一年多的业务运行, 先将各种预 报方法的预报效果进行对比分析, 力求找到 一种更加适合于当地的空气质量预报方法, 为更好地做好空气质量预报工作提供一些参 考依据。 1 预报方法
污染浓度预报。其初始场采用当天的实时探 空气象资料内插和实时的污染监测资料, 预 报时效为 24~ 48h[ 2] 。
多元回 归统 计预报 方法 ( 以下 简称 MRA) 是采用 1997~ 2001 年 长期的气象和 空气质量同步监测资料, 选取对天津市空气 质量有直接影响的因子并对其中的非量化因 子进行量化后进行逐步回归, 用 0105 作为 F 检验的参考值, 最后建立最优预报方程。以 后把预报的气象因子代入方程进行计算得到 污染浓度预报结果[ 5] 。
模式系统对污染物 浓度的 API 指数级别的 预报准确率在 68% 以上。说明 EMH 方法在 空气质量诊断及预报中是可行和适用的。
表 2 是 2002 年取暖期另外三种预报方 法的污染物级别预报效果对比。从中可见, SO 2 与 PM10 的 级 别预 报 准 确率 最 高 的是
ECF, 最低的是 MRA 预报方法, 而 N O2 的级
有关系, EMH 模 式输入 的污染排 放源清单 资料是固定的, 而实际的污染源强是变化的, 由于污染物源强的误差造成了污染物浓度预
报的较大 误差。CAPPS 模式 是使用实时的 污染物监测资料作为初始浓度反演源强, 这 就大大降低了由于污染物排放源强资料误差
3 评分办法 为了客观评价这几种预报方法的预报效
果, 采用目前较为公认的三种评分办法:
( 1) 中国气象局于 2001 年下发的5气象 部门城市空气质量预报质量考核和管理暂行
办法6的综合评分办法。
( 2) 由环保部门规定的指数评分办法即 预报指数与 实际监测指数差 值不超 过 ? 10 为正确预报, 否则为错误预报。
无论是在取暖期还是在非取暖期对目前三种
污染物( SO2 、NO 2 、PM10 ) 的预报效果都是比
较好 的, MRA 方 法 的 预 报 效 果 略 低 于 CAPPS, 而 EMH 模式在科研 模拟阶段的预 报效果是不错的, 但是在业务预报中的预报
效果明显不如 CAPPS 和 MRA, 这可能与模 式的气象资料的初始场和污染源资料不完备
级别法
SO 2 N O 2 PM 10 571 9 100 361 8 931 7 100 821 9 811 6 991 5 801 5 961 7 100 871 4
) 31 )
气象 第 30 卷 第 10 期
于 M RA 外, SO 2 和 NO 2 的指数预报准确率
也高于 MRA 方法。 表 4 是 MRA、CAP PS 和 ECF 三种预报
方法 2002 年各季代表月及全年的平均评分 结果。从年平均评分结果看, CAPPS 方法的 预报效果界于 M RA 和 ECF 之间, 在综合集 成预报中占有相当重的比例, 是预报员进行 空气质量预报的重要参考。
表 4 2002 年 M RA、CA PPS 和 ECF 三种预报方法 各月及全年的平均评分/ %
) 30 )
中国科学院大气物理所的城市空气污染 预报模式系统, 其初始场采 用 T 213 的预报 场, 中间加入地表温度和水面温度、下垫面类 型资料及污染源排放资料通过资料同化和网 格嵌套, 最终计算出未来 24~ 36h 的污染物 浓度预报值[ 1, 4] 。
中国气象局气象科学研究院开发的城市
空气污染预报系统 CAPP S 包括 M M4( 目前 普遍使用的是 MM 5) 气象模式和一个箱格模 式, 它不需要污染源的资料, 而是采用实时监 测资料在箱格单元中对平流扩散方程进行积 分反演出污染源的方法进行空气污染潜势及
几种空气质量预报方法的预报效果对比分析
朱玉强
( 天津市气象科学研究所, 300074)
提要 目前应用于我国各个城市空气质量预报业务的预报方法主要有三种: 数值模式 预报、统计预报和综合经验预报。这几种预报方法都有其各自的优势, 同时也存在一 些不足。应用以上方法对天津市市区进行空气质量业务预报, 通过实测资料与预报 结果进行对比分析, 给出这几种方法在天津市区空气质量预报中的预报效果客观评 价。 关键词: 空气质量 预报质量 统计方法 数值模式 经验预报
CAPPS
指数法 SO2 411 9 701 0 8016 8016 6616 NO2 351 5 831 3 9315 7412 7617
( ? 10) PM10 251 8 561 7 6717 4512 4910
SO2 611 3 861 7 100 9315 8717
级别法 NO2 581 1 100 100 100 9011
经验 预报方法 就是综合 集成预 报方法 ( 以下简称 ECF) , 预报员根据在对上述几种 方法预报效果充分认知的情况下, 在深入了
气象 第 30 卷 第 10 期
解当地的污染特征的基础上, 再参考天气形
势预报、气象要素预报, 对各种方法进行人工 加权做出综合预报结果。