下垫面信息优化对京津冀气象场及空气污染物浓度场模拟影响研究

来源 :天津师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:gcq1987
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空气质量模式预报的准确性受等多种因素的影响,其中模式中的下垫面资料在空气质量模拟中扮演着重要角色,如地形高度和土地利用,它们通过不同地表物理参数影响地表能量平衡,从而影响气象因子和污染物的扩散。而下垫面数据精度的高低是影响大气污染物浓度和扩散模拟过程准确度的重要因素之一,提高下垫面数据在模拟场中的精度能更准确的预测空气质量状况。本研究为提高空气质量模拟的准确性,对WRF模式的地形插值模块部分进行了修正和完善,与传统的“原始文件更新法”替换方法相比,新修正方法使下垫面数据在没有经过系统插值的情况下直接输入气象场,避免了因系统插值带来的模拟误差。以2016年京津冀地区为例,选取SRTM地形高度资料和MODIS2016土地利用资料作为空气质量模式高精度下垫面数据,与模式默认方法和“原始文件更新法”进行对比,验证了下垫面优化方法对京津冀地区气象和空气质量模拟的影响,发现“直接修正法”对气象和空气质量预报的模拟有较好的改善效果。主要研究内容如下:(1)WRF模式在运行时自身需要对原始下垫面数据进行插值,导致下垫面数据因为系统插值而产生误差,并且误差会随着网格宽度的增加而增加,这是模式默认方法和“原始文件更新法”无法避免的,因此针对这一问题在地形插值模块上进行了修正,提出了下垫面“直接修正法”替换方法。(2)以京津冀地区为例,将新修正方法与传统方法在气象模拟结果上对2m气压、2m气温、10m风速、2m相对湿度和2m露点温度进行了对比验证,发现采用“直接修正法”模拟的各气象要素优于模式默认方法和“原始文件更新法”的结果。其中气压、气温、风速、相对湿度的模拟值与观测值的偏差有明显改善。在时间序列上模拟值和观测值的变化趋势基本一致,“直接修正法”的时间序列模拟结果与观测值更为贴近。(3)为进一步验证新修正方法的优势,评估了其对空气质量模拟的改善效果。在大气污染物模拟结果上对PM2.5、NO2、SO2、CO浓度进行了模拟验证,发现使用“直接修正法”对模拟大气污染物浓度有较大的改善效果,同其它两种方法相比,污染物浓度模拟偏差显著降低,并且重污染日改善程度大于清洁日。(4)从空间相对变化上看,采用“直接修正法”基础上模拟出来的PM2.5、NO2、SO2、CO浓度在河北省南部地区均表现出大幅度升高,与实际重污染区域基本一致。从时间序列模拟效果看,“直接修正法”模拟值明显降低,峰值出现的频率和次数减少。
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