数值模式在上海市空气质量预报中的应用_上海环境监测中心_王茜

全市API、分区API、站点API yyyy
2009 2009 2009
mm
3 3 3
dd
20 21 22
SO2
65 52 51
NO2
33 32 26
PM10
29 23 33
模式验证——MM5
T e m peratu re a t H o n g qiao A i r p ort
35 30
Temperature (℃)
空气质量数值预报模型的集成业务化
（实现NAQPMS、CMAQ、WRF-Chem多个模型的业务化预报）
臭氧定点预报模型的开发和建立
（建立臭氧统计预报方程）
预报结果的再订正及多模式集合预报系统的搭建
（对模式预报结果进行不确定分析及再订正，搭建多模式集合预报系统）
上海市环境空气质量多模式集合预报系统框架
ShangHai Emission Data (Point)
CO
NOx
SO2
VOC
PM2.5
PM10
ShangHai Emission Data (Area)
CO
NOx
SO2
VOC PM2.5 PM10 Area Emission of ShangHai emission Inventory with 1km*1km resolution
污 染 模 拟
离线，CMAQ是多污 染物、多尺度的空气 质量模式，包含化学 输送平流模式过程、 气相化学过程、烟羽 处理等过程
离线，污染物模拟 部分包括污染物平 流、扩散、光化学 反应（CB4或 SAPRC97机制可 选）、干湿沉积等 过程 双向 OpenMP, 限4CPUs 排放源、土地利用 类型、地形高度等 模式参数
MM5 滚动模拟 CMAQ‐4.6 模式 NAQPMS 模式 MM5模式 CMAQ‐4.4 模式 CAMx模式
GFS预报数据
动态减排措 施效果测算 数值模式 结果集合 及后处理
各类观 测资料
预报辅助工具 WRF‐Chem 模式 O3最小二乘向 量机临近预报 动力统计预报 统计模式 预报结果
空气质量 预报平台
ShangHai Emission Data (Line)
CO
NOx
SO2
VOC
PM2.5 PM10 Line Emission of ShangHai emission inventory
二、相关工作基础——数值预报
基于数值预报、统计预报以及人为经验会商，上海市环境监测中心对 于本市空气质量的预报能力不断提升。 NAQPMS数值预报模式自2004年投入运行以来已经运行近5年。
2003 2004 2005 2006 2007 2008
12 19 6 5 1 5
3 6 3 3 2 4
6 3 3 5 4 1
1 4 1 3 0 0
二、相关工作基础－预报流程
数值预报模型 Numerical forecasting 统计预报方程 statistical analysis 预报辅助 工具
在线，将气象与化学模块 耦合，可实现化学、气溶 胶、气象和辐射之间的双 向反馈，化学机制采用 CB05
嵌 套 并 行 输 入
单向 MPICH/无CPU限制 污染源、地形，土地 利用，气象条件及环 境参数
双向 MPICH/无CPU限制 污染源、地形，土地利 用，气象条件及环境参数
模拟区域及时间设置
区域 网格分辨率 预报时长
NAQPMS模拟分析
各污染物模拟值与实测值相关分析 年份 2005 2006 2007 2008 SO2 0.56 0.57 0.60 0.57 NO2 0.50 0.46 0.40 0.41 PM10 0.42 0.48 0.36 0.44
三、集合预报系统——研究内容
排放清单的优化改进
（进一步完善并提高清单的分辨率，补充完善长三角清单）
UxààxÜ V|àç? UxààxÜ _|yx
世博同期空气污染区间分析－API指数分布
API分布范围
年份
优 良 率
94.0% 91.8% 95.1% 94.0% 94.6% 96.7%
91 -100
101 -110
111 -120
121 -130
131 -140
141 -150
>150
>110
PM10浓度范围（mg/m3） 0.130 -0.150 0.151 -0.170 0.171 -0.190 0.191 -0.210 0.211 -0.230 0 1 2 0 3 1 0.231 -0.250 0 1 0 0 0 0 >0.250 1 0 0 0 1 0 >0.170 8 9 6 8 8 2
obs sim
08-5-31
R H a t P u d o n g A i r port
100 90 80 70
RH (%)
60 50 40 30 20 10 0 08-5-1 08-5-6 08-5-11 08-5-16 T i me 08-5-21 08-5-26
obs sim
08-5-31
W i n d S p e e d a t H o n g qiao A i r p ort
25 20 15 10 5 08-5-1 08-5-6 08-5-11 08-5-16 T i me 08-5-21 08-5-26 08-5-31
obs sim
R H a t H o n g q iao A i r port
100 90 80 70
RH (%)
60 50 40 30 20 10 0 08-5-1 08-5-6 08-5-11 08-5-16 T i me 08-5-21 08-5-26
面临的挑战
世博园区位于特大城市中心区域，展期长达184天 EXPO Garden located in the central of Shanghai ,the exhibition period will extend to 184 days. 世博期间上海市将面临区域性环境空气污染的风险，以臭氧和灰霾等二次污染 问题尤为突出 Regional air pollution, secondary pollution(O3, haze) especially. 张力军副部长传达温家宝总理的指示，要求世博环境质量保障学习北京奥运会 的经验 The premier demanded that environmental quality safeguard of EXPO should learn from Beijing Olympics.
100
120
140
160
20
40
60
80
0
100
120
140
160
20
40
60
80
0
20
40
60
80

100
120
140
160
180
0
4月22日 4月23日 4月24日 4月25日 4月26日 4月27日 4月28日 4月29日 4月30日 5月1日 5月2日 5月3日 5月4日 5月5日 5月6日 5月7日 5月8日 5月9日 5月10日 5月11日 5月12日 5月13日 5月14日 5月15日 5月16日 5月17日 5月18日 5月19日 5月20日 5月21日 5月22日 5月23日 5月24日 5月25日 5月26日 5月27日 5月28日 5月29日 5月30日 5月31日 5月16日 5月17日 5月18日 5月19日 5月20日 5月21日 5月22日 5月23日 5月15日 5月14日 5月13日 5月12日 5月11日 5月10日 5月9日 5月8日 5月7日 5月6日 5月5日 5月4日 5月5日 5月6日 5月7日 5月8日 5月9日 5月10日 5月11日 5月12日 5月13日 5月14日 5月15日 5月16日 5月17日 5月18日 5月19日 5月20日 5月21日 5月22日 5月23日 5月4日 5月3日 5月3日 5月2日 5月2日 5月1日 5月1日 4月30日 4月30日 4月29日 4月29日 4月28日 4月28日 4月27日 4月27日 4月26日 4月26日 4月25日 4月25日 4月24日 4月24日 4月23日 4月23日
月度空气质量 预报回顾
Forecasting 24hr-48hr综合预报
一周空气质量 预报回顾
Trend Forecast 一周潜势预报 对外信息发布 Data Publication
排放清单
二、相关工作基础——上海市大气污染物
质量目标：常规一次污染物、臭氧、灰霾 常规污染物污染清单 – SO2、NOx、PM10（PM2.5/PM）、VOC、CO、NH3 污染源：点、线、面近30个行业类别 年份：2003年（基准年）、2006年（部分更新年）、2007 年（完整更新年） 范围和精度：102×129个网格，1×1平方公里 高度：1000米以下
输出产品
站 点 气 象 要 素 时 间 序 列
输出产品
站点污染物时间序列
yyyy mm
2009 2009 3 3
dd
30 30
hh
12 12
st
1 2
SO2
31.57 1.81
NO2
24.32 1.01
PM10
13.09 8.6
NO
19.05 0.42
CO
828.84 255.83
O3
32.51 55.37
14
obs
12
sim
Wind speed (m/s)
10 8 6 4 2 0 08-5-1 08-5-6 08-5-11 08-5-16 T i me 08-5-21 08-5-26 08-5-31
W i n d S p e e d a t P u d o ng A i r po rt
14
obs
12
WRF模式
PM10－CART API门限自回归 多元回归统计
世博空气质量 预测及高污染预警
各数值模型特点
NAQPMS 功 能 城市/区域空气质量 离线，三维欧拉输送 模式，地形追随垂直 坐标，主要包括污染 物排放、平流输送、 扩散、气相、液相及 非均相反应，干沉降 以及湿沉降等物理与 化学过程 双向 MPICH/无CPU限制 污染源、地形标高、 下垫面类型、气象数 据等 CMAQ 区域性多尺度环境模 拟与评估 CAMx 区域空气质量模拟 WRF－Chem 区域性多尺度环境模拟
数值模式在上海市空气质量预报中的应用
王茜 伏晴艳 陆涛 上海市环境监测中心 2009.06.29
内 容
一．目的及意义 二．相关工作基础 三．集合预报系统的搭建 四．下阶段计划
一、目的及意义
城市空气质量预报是保护公众健康，动员公众参与环境 保护的有效措施。 空气污染预警联动、污染源应急减排均依赖于及时准确 的空气质量预报。 北京奥运会成功实现“绿色奥运”目标，国内外舆论呼 吁“绿色世博”接力“绿色奥运”。
D1 D2 D3 D4
81公里 27公里 09公里 03公里
96小时 72小时 72小时 72小时
四 层 嵌 套
EMS
SMOKE排放源模型流程
SMOKE排放清单输入 （时间，空间分配）
点源采用上海局地点源 面源采用Trace-P清单
MM5气象场 对SMOKE的输入
输出产品
区 域 污 染 物 浓 度 分 布 图
sim
Wind speed (m/s)
10 8 6 4 2 0 08-5-1 08-5-6 08-5-11 08-5-16 T i me 08-5-21 08-5-26 08-5-31
MM5模拟统计分析
TEMP 样本数 相关系数 平均偏差 标准平均偏差 标准平均误差 1439 0.854 -1.977 -0.095 0.118 RH 1439 0.718 0.161 0.002 0.152 WS 1399 0.433 1.335 0.499 0.62
上海市大气污染物排放清单
单位：万吨/年
Year Sources Point Mobile 2003 Area Sum Point Mobile 2006 Area Sum 46.50 58.22 20.13 27.90 5.74 11.12 8.66 56.37 6.70 46.40 14.13 141.68 28.46 57.42 1.04 1.36 36.42 49.38 9.86 1.86 15.69 24.18 6.03 1.74 4.70 10.69 3.93 1.45 13.08 54.94 42.45 5.26 6.57 42.83 25.62 14.07 15.90 138.87 61.70 65.85 26.36 50.54 18.62 10.34 1.04 1.30 0.32 PM 11.04 1.92 PM10 6.70 1.79 PM2.5 4.49 1.50 SO2 36.83 5.04 NOx 22.90 13.37 CO 53.59 69.38 VOC 11.51 12.67 NH3 0.27