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13954204556
1 適用范圍
本標準規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式基本要求、運算處理和效果評估方法等內(nèi)容。
本標準適用于全***生態(tài)環(huán)境部門的環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務化數(shù)值預報,用于規(guī)范和指導業(yè)務 化應用的環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式,對其基本性能、組成和模擬效果等方面作出規(guī)定。
2 規(guī)范性引用文件
本標準引用了下列文件或其中的條款。凡是不注日期的引用文件,其有效版本適用于本 標準。
GB 3095 環(huán)境空氣質(zhì)量標準
HJ 633 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術規(guī)定
3 術語和定義
下列術語和定義適用于本標準。
3.1
環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式 numerical forecasting model for ambient air quality
基于大氣污染物形成過程中的基本物理和化學原理,采用數(shù)值計算方法模擬大氣污染物 的排放、擴散、輸送、化學反應、清除等物理和化學過程,從而預測空氣質(zhì)量狀況的系統(tǒng)。
3.2
環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報 numerical forecasting of ambient air quality
利用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式,對大氣中的主要污染物濃度及時空變化進行預報,預 測城市和區(qū)域等環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和潛在污染過程,為公眾的日常生活和生產(chǎn)活動提供指導 和服務,為管理部門采取應對措施提供科學依據(jù)。
3.3
模式污染源清單 model-ready pol lutant emiss ion inventory
基于大氣污染物源排放清單和源清單處理模式,結(jié)合人口和交通路網(wǎng)等地理信息數(shù)據(jù), 按照不同類型排放源的時間分配和化學組成,根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式的時空分辨率 和化學機制要求,處理獲得的網(wǎng)格化源排放數(shù)據(jù)。
3.4
大氣化學資料同化 atmospheric chemical data assimi lation
基于***優(yōu)估計理論,利用模式狀態(tài)變量的時空演變規(guī)律和物理化學屬性的持續(xù)約束,將 多源大氣化學成分觀測信息不斷融入到環(huán)境空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)中,以更加**地估計或預測 未知變量,減小不確定性的方法。
4 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式基本要求
4.1 空間尺度范圍
4.1.1 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式應客觀反映一定空間范圍內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量水平和變化 規(guī)律,模式所應用的空間尺度范圍可分為全球尺度、大陸尺度、區(qū)域尺度和城市尺度。
4.1.2 大陸尺度覆蓋東亞地區(qū),空間范圍通常為 900 萬平方公里以上。
4.1.3 區(qū)域尺度覆蓋城市群,空間范圍通常為 100~900 萬平方公里。
4.1.4 城市尺度覆蓋城市及其周邊區(qū)域,空間范圍通常為 100 萬平方公里以下。
4.2 空間分辨率
4.2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式計算區(qū)域的水平分辨率,全球尺度不低于經(jīng)度 1o緯度 1 o,大陸尺度不低于 50 公里×50 公里,區(qū)域尺度不低于 15 公里×15 公里,城市尺度不低于
5 公里×5 公里。
4.2.2 模式計算區(qū)域的垂直層數(shù)不少于 10 層,其中近地面 1 公里內(nèi)垂直層數(shù)不少于 5 層。
4.2.3 模式污染源清單空間分辨率應與數(shù)值預報模式計算區(qū)域的空間分辨率一致。
4.3 預報時長
4.3.1 全球和大陸尺度模式計算的預報時長不少于 7 天。
4.3.2 區(qū)域尺度模式計算的預報時長不少于 7 天。
4.3.3 城市尺度模式計算的預報時長不少于 5 天。
4.4 預報輸出時間間隔
環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式相鄰兩次模擬結(jié)果輸出的時間間隔應在 1 小時(含) 以內(nèi)。
5 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式運算處理
5.1 模式污染源清單前處理
5.1.1 主要目的是將大氣污染物源排放清單轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格化、逐小時的模式污染源清單。
5.1.2 輸入?yún)?shù)包括區(qū)域大氣污染物源排放清單、時間和空間分配系數(shù)、化學成分譜等。
5.1.3 大氣污染物源排放清單基本屬性包括基準年、覆蓋范圍、排放污染物種類、排放來 源分類、時間和空間分辨率等。
5.1.4 排放來源類別包含電廠、工業(yè)、交通、居民、農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)燃燒、揚塵、天然源等。
5.1.5 排放污染物種類包含細顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、 氮氧化物(NOx )、一氧化碳(CO)、有機碳(OC)、黑炭(BC)、氨(NH3 )、揮發(fā)性
有機物(VOCs )等。
5.1.6 依據(jù)時間和空間分配系數(shù)對大氣污染物源排放清單進行時間和空間分配,包含人口 密度、土地利用等空間分配因子和不同類型排放來源的月變化、周變化和日變化等時間分配
因子。 5.1.7
5.1.8
依據(jù)化學成分譜對排放污染物進行化學組成分配。
如有條件,可采用動態(tài)更新的污染源清單數(shù)據(jù)。
5.2 模式氣象預報場前處理
5.2.1 主要目的是將氣象預報模式的原始輸出結(jié)果轉(zhuǎn)化為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式的輸 入氣象預報場,應包括診斷分析、單位轉(zhuǎn)換、空間插值和格式轉(zhuǎn)換。
5.2.2 氣象預報場基本屬性應包括起始時刻、時間和空間范圍、時間和空間分辨率、區(qū)域 網(wǎng)格坐標參數(shù)、邊界層方案、輻射方案、陸面過程方案和成云參數(shù)化方案等。
5.2.3 氣象要素應包括氣溫、氣壓、濕度、風、降水、云、輻射等。
5.3 初始與邊界條件設置
5.3.1 主要目的是為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式提供運行初始值和***外層模式計算區(qū)域的 邊界值。
5.3.2 初始值指起始時刻模式計算區(qū)域污染物的濃度值,獲取方法有:( 1)從已獲得的模 式輸出或分析資料中提取處理;(2)大氣化學資料同化;(3)設置為缺省值。
5.3.3 邊界值指預報時段內(nèi)***外層模式計算區(qū)域邊界上污染物的濃度值,獲取方法有:(1) 從全球模式的預報結(jié)果中提取;(2)設置為缺省值。
5.4 大氣化學傳輸運算
5.4.1 主要目的是用數(shù)學方程組表征污染物在大氣中生消演變的物理化學過程,計算污染 物濃度的時空分布。
5.4.2 輸入?yún)?shù)包括模式污染源清單、模式氣象預報場、模式初始和邊界條件以及地理經(jīng) 緯度資料等。
5.4.3 主要物理化學過程應包括排放、平流、擴散、對流、干沉降、濕沉降、氣相化學、 液相化學、無機氣溶膠化學、有機氣溶膠化學及多相化學反應等。
5.4.4 結(jié)合計算區(qū)域地形特點、氣象條件、污染物排放特征等因素,設置物理化學過程關 鍵參數(shù)***優(yōu)化方案組合。
5.4.5 有條件時可進行大氣化學資料同化,用***優(yōu)插值、三維變分、四維變分、集合卡爾 曼濾波等方法,分析融合觀測數(shù)據(jù)和模式預報數(shù)據(jù)。
5.5 預報產(chǎn)品輸出
5.5.1 主要目的是對模式原始輸出結(jié)果進行數(shù)據(jù)提取、診斷分析、單位換算、網(wǎng)格坐標和 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等,制作空氣質(zhì)量預報產(chǎn)品。
5.5.2 空氣質(zhì)量預報基本產(chǎn)品應包括PM2.5 、PM10 、CO 、O3 、NO2 、SO2等主要污染物濃度 和空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)的時空分布。
5.5.3 空氣質(zhì)量預報的可選產(chǎn)品包括顆粒物組分、污染來源貢獻率、污染潛勢、沙塵、氣
溶膠光學厚度等。
5.5.4 氣象條件預報基本產(chǎn)品應包括風向、風速、降水、氣溫、氣壓、相對濕度、輻射量、 云量的空間分布等,其他產(chǎn)品可包括邊界層高度、大氣能見度、大氣穩(wěn)定度、前后向軌跡等。
6 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式效果評估方法
6.1 評估內(nèi)容
6.1.1 6.1.2 染物。 6.1.3
應用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式時,應對其預報效果進行評估。
評估對象: 包括 PM2.5 、PM10 、CO 、O3 、NO2 、SO2 濃度,AQI 、AQI 級別,首要污
評估類別: 包括單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估、空氣質(zhì)量指數(shù)預報評估、重污染天
預報評估。
6.1.4 評估時效: 對空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式提前 24 小時、48 小時、72 小時等預報結(jié)果分 別進行評估。
6.1.5 評估周期: 對環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報效果進行季度和年度評估; 如進行月度評估, 可參照執(zhí)行本標準。
6.1.6 評估所用實況數(shù)據(jù):全***環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)日報發(fā)布的城市AQI和各項污染物濃度。
6.1.7 預報結(jié)果處理和計算: 參照 GB 3095 和 HJ 633 ,根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)計算方法、首要 污染物確定方法和空氣質(zhì)量指數(shù)級別定義對數(shù)值預報結(jié)果進行處理和計算。
6.2 單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估
6.2.1 單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估是指通過各項污染物濃度數(shù)值預報結(jié)果與實況的偏差、 誤差和相關性等方面的分析,評估數(shù)值模式對城市各項污染物的預報效果。評估內(nèi)容主要包
括標準化平均偏差、均方根誤差和相關系數(shù)。
6.2.2 標準化平均偏差(Normalized Mean Bias, NMB)
? ?
??? = ( 1)
式中: NMB——標準化平均偏差;
?——參與計算的樣本對個數(shù);
——? ?第 i 個樣本對中,污染物數(shù)值預報濃度值;
Oi——第 i 個樣本對中,污染物實況濃度值。
6.2.3 均方根誤差(Root Mean Square Error, RMSE)
???? = σ??=? ? ? ?? ???? (2)
式中: RMSE——均方根誤差;
?——參與計算的樣本對個數(shù);
Fi——第 i 個樣本對中,污染物數(shù)值預報濃度值;
Oi——第 i 個樣本對中,污染物實況濃度值。
6.2.4 相關系數(shù)(Correlation coefficient, r)
σ? ? ? ??? σ??=? ?? ? ??
σ??=? ? ? ???? σ??=? ?? ? ???
式中,——?相關系數(shù);
?——參與計算的樣本對個數(shù);
——? ?第 i 個樣本對中,污染物數(shù)值預報濃度值;
——參與計算的污染物數(shù)值預報濃度平均值;
??——第 i 個樣本對中,污染物實況濃度值;
——參與計算的污染物實況濃度平均值。
6.3 空氣質(zhì)量指數(shù)預報評估
6.3.1 空氣質(zhì)量指數(shù)預報評估包括AQI 范圍預報準確率、AQI 級別預報準確率、首要污染 物預報準確率。
6.3.2 AQI范圍預報準確率評估
以數(shù)值模式AQI 預報值為基準,設定正負浮動 25%為AQI 預報范圍,若AQI 實況在預 報范圍內(nèi),則記為AQI 范圍預報準確。
評估時段內(nèi)AQI 范圍預報準確天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比即為 AQI 范圍預報準確率, 計算公式如下:
??樈? = ? ? ?樈樈Ψ
式中: ??樈?——AQI 范圍預報準確率;
?——AQI 范圍預報準確的天數(shù);
?——評估總天數(shù)。
(4)
6.3.3 AQI級別預報準確率評估
根據(jù) 6.3.2 的AQI 預報范圍得到AQI 預報級別范圍,若AQI 實況級別在 AQI 預報級別 范圍內(nèi),則記為AQI 級別預報準確。
評估時段內(nèi) AQI 級別預報準確天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比即為AQI 級別預報準確率。
包括分級別預報準確率和級別預報準確率,AQI 級別預報準確率年評估結(jié)果應不低于 60%, 計算公式如下:
a)分級別預報準確率?? ????? :
?? ????? = ? ? ? ?樈樈Ψ (5)
式中: ?? ?????——分級別預報準確率;
?——AQI 級別,分為一級(優(yōu)) 至六級(嚴重污染),級別總數(shù)為 6; ??——級別預報準確天數(shù);
??——實況 AQI 級別為 ? 的總天數(shù)。
b)級別預報準確率?? ???:
?? ??? = ? ?樈樈Ψ (6)
式中: ?? ???——級別預報準確率;
?——AQI 級別,分為一級(優(yōu)) 至六級(嚴重污染),級別總數(shù) ?=6; ? ?——級別預報準確天數(shù);
??——實況 AQI 級別為 ? 的總天數(shù)。
6.3.4 首要污染物預報準確率評估
首要污染物預報準確判定標準如下:
a)實況 AQI 級別為一級時,無首要污染物,不參與首要污染物預報評估;
b)實況AQI 級別為二級及以上時,當任一預報首要污染物與任一實況首要污染物相同
時,則為首要污染物預報準確。
評估時段內(nèi)首要污染物預報準確的天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比即為首要污染物預報準 確率,計算公式如下:
????? = ? ? ?樈樈Ψ (7)
式中: ?????——首要污染物預報準確率;
?——首要污染物預報準確的天數(shù);
?——實況 AQI 級別為二級及以上的總天數(shù)。
6.4 重污染天預報性能評估
6.4.1 重污染天預報準確率
以自然日(0-23 時) 為判據(jù),將日 AQI 大于 200 定義為重污染天。一年內(nèi)實況重污染 天數(shù)大于等于 5 天時,可進行重污染預報性能評估。
重污染天預報準確率是指實況為重污染的總天數(shù)中 AQI 級別預報準確的天數(shù)所占的百 分比,計算公式如下:
? ( 8)
實況
式中: ——????重污染天預報準確率;
?——評估時段內(nèi)AQI 級別預報準確的天數(shù);
?實況——實況為重污染的總天數(shù)。
6.4.2 重污染天預報檢驗評分
重污染天預報檢驗評分是指實況或預報為重污染的總天數(shù)中,AQI 級別預報準確的天數(shù)
所占的百分比,計算公式如下:
? (9)
式中: HCSI——重污染天預報檢驗評分;
?——評估時段內(nèi)AQI 級別預報準確的天數(shù);
1 適用范圍
本標準規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式基本要求、運算處理和效果評估方法等內(nèi)容。
本標準適用于全***生態(tài)環(huán)境部門的環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務化數(shù)值預報,用于規(guī)范和指導業(yè)務 化應用的環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式,對其基本性能、組成和模擬效果等方面作出規(guī)定。
2 規(guī)范性引用文件
本標準引用了下列文件或其中的條款。凡是不注日期的引用文件,其有效版本適用于本 標準。
GB 3095 環(huán)境空氣質(zhì)量標準
HJ 633 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術規(guī)定
3 術語和定義
下列術語和定義適用于本標準。
3.1
環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式 numerical forecasting model for ambient air quality
基于大氣污染物形成過程中的基本物理和化學原理,采用數(shù)值計算方法模擬大氣污染物 的排放、擴散、輸送、化學反應、清除等物理和化學過程,從而預測空氣質(zhì)量狀況的系統(tǒng)。
3.2
環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報 numerical forecasting of ambient air quality
利用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式,對大氣中的主要污染物濃度及時空變化進行預報,預 測城市和區(qū)域等環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和潛在污染過程,為公眾的日常生活和生產(chǎn)活動提供指導 和服務,為管理部門采取應對措施提供科學依據(jù)。
3.3
模式污染源清單 model-ready pol lutant emiss ion inventory
基于大氣污染物源排放清單和源清單處理模式,結(jié)合人口和交通路網(wǎng)等地理信息數(shù)據(jù), 按照不同類型排放源的時間分配和化學組成,根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式的時空分辨率 和化學機制要求,處理獲得的網(wǎng)格化源排放數(shù)據(jù)。
3.4
大氣化學資料同化 atmospheric chemical data assimi lation
基于***優(yōu)估計理論,利用模式狀態(tài)變量的時空演變規(guī)律和物理化學屬性的持續(xù)約束,將 多源大氣化學成分觀測信息不斷融入到環(huán)境空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)中,以更加**地估計或預測 未知變量,減小不確定性的方法。
4 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式基本要求
4.1 空間尺度范圍
4.1.1 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式應客觀反映一定空間范圍內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量水平和變化 規(guī)律,模式所應用的空間尺度范圍可分為全球尺度、大陸尺度、區(qū)域尺度和城市尺度。
4.1.2 大陸尺度覆蓋東亞地區(qū),空間范圍通常為 900 萬平方公里以上。
4.1.3 區(qū)域尺度覆蓋城市群,空間范圍通常為 100~900 萬平方公里。
4.1.4 城市尺度覆蓋城市及其周邊區(qū)域,空間范圍通常為 100 萬平方公里以下。
4.2 空間分辨率
4.2.1 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式計算區(qū)域的水平分辨率,全球尺度不低于經(jīng)度 1o緯度 1 o,大陸尺度不低于 50 公里×50 公里,區(qū)域尺度不低于 15 公里×15 公里,城市尺度不低于
5 公里×5 公里。
4.2.2 模式計算區(qū)域的垂直層數(shù)不少于 10 層,其中近地面 1 公里內(nèi)垂直層數(shù)不少于 5 層。
4.2.3 模式污染源清單空間分辨率應與數(shù)值預報模式計算區(qū)域的空間分辨率一致。
4.3 預報時長
4.3.1 全球和大陸尺度模式計算的預報時長不少于 7 天。
4.3.2 區(qū)域尺度模式計算的預報時長不少于 7 天。
4.3.3 城市尺度模式計算的預報時長不少于 5 天。
4.4 預報輸出時間間隔
環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式相鄰兩次模擬結(jié)果輸出的時間間隔應在 1 小時(含) 以內(nèi)。
5 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式運算處理
5.1 模式污染源清單前處理
5.1.1 主要目的是將大氣污染物源排放清單轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格化、逐小時的模式污染源清單。
5.1.2 輸入?yún)?shù)包括區(qū)域大氣污染物源排放清單、時間和空間分配系數(shù)、化學成分譜等。
5.1.3 大氣污染物源排放清單基本屬性包括基準年、覆蓋范圍、排放污染物種類、排放來 源分類、時間和空間分辨率等。
5.1.4 排放來源類別包含電廠、工業(yè)、交通、居民、農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)燃燒、揚塵、天然源等。
5.1.5 排放污染物種類包含細顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、 氮氧化物(NOx )、一氧化碳(CO)、有機碳(OC)、黑炭(BC)、氨(NH3 )、揮發(fā)性
有機物(VOCs )等。
5.1.6 依據(jù)時間和空間分配系數(shù)對大氣污染物源排放清單進行時間和空間分配,包含人口 密度、土地利用等空間分配因子和不同類型排放來源的月變化、周變化和日變化等時間分配
因子。 5.1.7
5.1.8
依據(jù)化學成分譜對排放污染物進行化學組成分配。
如有條件,可采用動態(tài)更新的污染源清單數(shù)據(jù)。
5.2 模式氣象預報場前處理
5.2.1 主要目的是將氣象預報模式的原始輸出結(jié)果轉(zhuǎn)化為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式的輸 入氣象預報場,應包括診斷分析、單位轉(zhuǎn)換、空間插值和格式轉(zhuǎn)換。
5.2.2 氣象預報場基本屬性應包括起始時刻、時間和空間范圍、時間和空間分辨率、區(qū)域 網(wǎng)格坐標參數(shù)、邊界層方案、輻射方案、陸面過程方案和成云參數(shù)化方案等。
5.2.3 氣象要素應包括氣溫、氣壓、濕度、風、降水、云、輻射等。
5.3 初始與邊界條件設置
5.3.1 主要目的是為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式提供運行初始值和***外層模式計算區(qū)域的 邊界值。
5.3.2 初始值指起始時刻模式計算區(qū)域污染物的濃度值,獲取方法有:( 1)從已獲得的模 式輸出或分析資料中提取處理;(2)大氣化學資料同化;(3)設置為缺省值。
5.3.3 邊界值指預報時段內(nèi)***外層模式計算區(qū)域邊界上污染物的濃度值,獲取方法有:(1) 從全球模式的預報結(jié)果中提取;(2)設置為缺省值。
5.4 大氣化學傳輸運算
5.4.1 主要目的是用數(shù)學方程組表征污染物在大氣中生消演變的物理化學過程,計算污染 物濃度的時空分布。
5.4.2 輸入?yún)?shù)包括模式污染源清單、模式氣象預報場、模式初始和邊界條件以及地理經(jīng) 緯度資料等。
5.4.3 主要物理化學過程應包括排放、平流、擴散、對流、干沉降、濕沉降、氣相化學、 液相化學、無機氣溶膠化學、有機氣溶膠化學及多相化學反應等。
5.4.4 結(jié)合計算區(qū)域地形特點、氣象條件、污染物排放特征等因素,設置物理化學過程關 鍵參數(shù)***優(yōu)化方案組合。
5.4.5 有條件時可進行大氣化學資料同化,用***優(yōu)插值、三維變分、四維變分、集合卡爾 曼濾波等方法,分析融合觀測數(shù)據(jù)和模式預報數(shù)據(jù)。
5.5 預報產(chǎn)品輸出
5.5.1 主要目的是對模式原始輸出結(jié)果進行數(shù)據(jù)提取、診斷分析、單位換算、網(wǎng)格坐標和 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等,制作空氣質(zhì)量預報產(chǎn)品。
5.5.2 空氣質(zhì)量預報基本產(chǎn)品應包括PM2.5 、PM10 、CO 、O3 、NO2 、SO2等主要污染物濃度 和空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)的時空分布。
5.5.3 空氣質(zhì)量預報的可選產(chǎn)品包括顆粒物組分、污染來源貢獻率、污染潛勢、沙塵、氣
溶膠光學厚度等。
5.5.4 氣象條件預報基本產(chǎn)品應包括風向、風速、降水、氣溫、氣壓、相對濕度、輻射量、 云量的空間分布等,其他產(chǎn)品可包括邊界層高度、大氣能見度、大氣穩(wěn)定度、前后向軌跡等。
6 環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式效果評估方法
6.1 評估內(nèi)容
6.1.1 6.1.2 染物。 6.1.3
應用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式時,應對其預報效果進行評估。
評估對象: 包括 PM2.5 、PM10 、CO 、O3 、NO2 、SO2 濃度,AQI 、AQI 級別,首要污
評估類別: 包括單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估、空氣質(zhì)量指數(shù)預報評估、重污染天
預報評估。
6.1.4 評估時效: 對空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式提前 24 小時、48 小時、72 小時等預報結(jié)果分 別進行評估。
6.1.5 評估周期: 對環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報效果進行季度和年度評估; 如進行月度評估, 可參照執(zhí)行本標準。
6.1.6 評估所用實況數(shù)據(jù):全***環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)日報發(fā)布的城市AQI和各項污染物濃度。
6.1.7 預報結(jié)果處理和計算: 參照 GB 3095 和 HJ 633 ,根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)計算方法、首要 污染物確定方法和空氣質(zhì)量指數(shù)級別定義對數(shù)值預報結(jié)果進行處理和計算。
6.2 單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估
6.2.1 單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估是指通過各項污染物濃度數(shù)值預報結(jié)果與實況的偏差、 誤差和相關性等方面的分析,評估數(shù)值模式對城市各項污染物的預報效果。評估內(nèi)容主要包
括標準化平均偏差、均方根誤差和相關系數(shù)。
6.2.2 標準化平均偏差(Normalized Mean Bias, NMB)
? ?
??? = ( 1)
式中: NMB——標準化平均偏差;
?——參與計算的樣本對個數(shù);
——? ?第 i 個樣本對中,污染物數(shù)值預報濃度值;
Oi——第 i 個樣本對中,污染物實況濃度值。
6.2.3 均方根誤差(Root Mean Square Error, RMSE)
???? = σ??=? ? ? ?? ???? (2)
式中: RMSE——均方根誤差;
?——參與計算的樣本對個數(shù);
Fi——第 i 個樣本對中,污染物數(shù)值預報濃度值;
Oi——第 i 個樣本對中,污染物實況濃度值。
6.2.4 相關系數(shù)(Correlation coefficient, r)
σ? ? ? ??? σ??=? ?? ? ??
σ??=? ? ? ???? σ??=? ?? ? ???
式中,——?相關系數(shù);
?——參與計算的樣本對個數(shù);
——? ?第 i 個樣本對中,污染物數(shù)值預報濃度值;
——參與計算的污染物數(shù)值預報濃度平均值;
??——第 i 個樣本對中,污染物實況濃度值;
——參與計算的污染物實況濃度平均值。
6.3 空氣質(zhì)量指數(shù)預報評估
6.3.1 空氣質(zhì)量指數(shù)預報評估包括AQI 范圍預報準確率、AQI 級別預報準確率、首要污染 物預報準確率。
6.3.2 AQI范圍預報準確率評估
以數(shù)值模式AQI 預報值為基準,設定正負浮動 25%為AQI 預報范圍,若AQI 實況在預 報范圍內(nèi),則記為AQI 范圍預報準確。
評估時段內(nèi)AQI 范圍預報準確天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比即為 AQI 范圍預報準確率, 計算公式如下:
??樈? = ? ? ?樈樈Ψ
式中: ??樈?——AQI 范圍預報準確率;
?——AQI 范圍預報準確的天數(shù);
?——評估總天數(shù)。
(4)
6.3.3 AQI級別預報準確率評估
根據(jù) 6.3.2 的AQI 預報范圍得到AQI 預報級別范圍,若AQI 實況級別在 AQI 預報級別 范圍內(nèi),則記為AQI 級別預報準確。
評估時段內(nèi) AQI 級別預報準確天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比即為AQI 級別預報準確率。
包括分級別預報準確率和級別預報準確率,AQI 級別預報準確率年評估結(jié)果應不低于 60%, 計算公式如下:
a)分級別預報準確率?? ????? :
?? ????? = ? ? ? ?樈樈Ψ (5)
式中: ?? ?????——分級別預報準確率;
?——AQI 級別,分為一級(優(yōu)) 至六級(嚴重污染),級別總數(shù)為 6; ??——級別預報準確天數(shù);
??——實況 AQI 級別為 ? 的總天數(shù)。
b)級別預報準確率?? ???:
?? ??? = ? ?樈樈Ψ (6)
式中: ?? ???——級別預報準確率;
?——AQI 級別,分為一級(優(yōu)) 至六級(嚴重污染),級別總數(shù) ?=6; ? ?——級別預報準確天數(shù);
??——實況 AQI 級別為 ? 的總天數(shù)。
6.3.4 首要污染物預報準確率評估
首要污染物預報準確判定標準如下:
a)實況 AQI 級別為一級時,無首要污染物,不參與首要污染物預報評估;
b)實況AQI 級別為二級及以上時,當任一預報首要污染物與任一實況首要污染物相同
時,則為首要污染物預報準確。
評估時段內(nèi)首要污染物預報準確的天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比即為首要污染物預報準 確率,計算公式如下:
????? = ? ? ?樈樈Ψ (7)
式中: ?????——首要污染物預報準確率;
?——首要污染物預報準確的天數(shù);
?——實況 AQI 級別為二級及以上的總天數(shù)。
6.4 重污染天預報性能評估
6.4.1 重污染天預報準確率
以自然日(0-23 時) 為判據(jù),將日 AQI 大于 200 定義為重污染天。一年內(nèi)實況重污染 天數(shù)大于等于 5 天時,可進行重污染預報性能評估。
重污染天預報準確率是指實況為重污染的總天數(shù)中 AQI 級別預報準確的天數(shù)所占的百 分比,計算公式如下:
? ( 8)
實況
式中: ——????重污染天預報準確率;
?——評估時段內(nèi)AQI 級別預報準確的天數(shù);
?實況——實況為重污染的總天數(shù)。
6.4.2 重污染天預報檢驗評分
重污染天預報檢驗評分是指實況或預報為重污染的總天數(shù)中,AQI 級別預報準確的天數(shù)
所占的百分比,計算公式如下:
? (9)
式中: HCSI——重污染天預報檢驗評分;
?——評估時段內(nèi)AQI 級別預報準確的天數(shù);
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