基于松弛逼近方法的天津PM2.5延伸期数值预报研究

作者：唐颖潇; 秦明月; 蔡子颖^*; 杨旭

来源：中国环境科学, 2023, 43(09): 4503-4511.

DOI：10.19674/j.cnki.issn1000-6923.20230613.003

• 天津
• 松弛逼近方法
• 延伸期PM2.5数值预报
• WRF-Chem

在现有天津延伸期空气质量数值预报系统(CFS/WRF-Chem)的基础上,引入Nudging技术约束模式积分过程,开展Grid Nudging和Spectral Nudging敏感性试验.通过张弛波数、张弛时间、张弛变量等参数的最优化方案测试,提升Nudging技术在天津秋冬季PM2.5延伸期数值预报中的适用性,以期有效提升天津秋冬季10～45d空气质量趋势预测的准确性.研究结果表明:与未采用Nudging技术的延伸期空气质量数值模式预报相比,使用Nudging技术后,无论是Grid Nudging还是Spectral Nudging,延伸期空气质量预报效果均得以提升.逐日预报与实况PM2.5质量浓度的相关系数由未采用Nudging技术的0.1分别提高至Grid Nudging的0.35和Spectral Nudging的0.43,PM2.5等级预报准确率由33%分别提高至47%和44%.相比Grid Nudging和Spectral Nudging方案的选择,张弛波数、截断波长和张弛变量等参数最优配置对Nudging技术运用更为关键.Grid Nudging技术中张弛系数5×10-5,张弛时间尺度6h,张弛变量θ-q-uv为最优;Spectral Nudging技术中张弛波数1,截断波长1800km,张弛变量θ-q-uv最优.即使采用Nudging技术,延伸期PM2.5质量浓度逐日预报仍有很大的不确定性,其更适合趋势(增加或者下降)预测.从候与候之间PM2.5浓度变化趋势结果分析,未采用Nudging技术时,预报准确率为50%,采用Grid Nudging提高至75%,采用Spectral Nudging可提高至88%,Spectral Nudging的预报结果略优,且可以有效支撑延伸期PM2.5候分辨率尺度空气质量趋势预测.

• 单位
  国家海洋信息中心