气溶胶和气态污染物三维变分协同同化

作者：汪代春; 尤伟^*; 臧增亮; 潘晓滨; 何宏让; 梁延飞

来源：中国科学:地球科学 , 2020, 50(09): 1302-1315.

DOI：10.1360/sste-2019-0182

• WRF-Chem模式
• 气溶胶
• 气态污染物
• 三维变分
• 资料同化

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PM2.5、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PM2.5、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PM2.5、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.

• 单位
  国防科技大学