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“十三五”优秀成果展示——西安市空气质量数值预报系统

发布者:   来源:   发布时间:2024/3/15 0:00:00   标签:   浏览次数:235

成果评价编号: 中气科成评[2022]204
评价结果: 良好
成果名称: 西安市空气质量数值预报系统
完成单位: 西安市气象台、北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院
成果形式: 应用研究和技术开发类-系统
研究领域: 气象服务与应用气象
评价年份: 2020
完成人: 杨晓春、吴其重、杜萌萌、黄蕾、郭庆元、毕旭、刘瑞芳、白庆梅、薛荣、程龙、陈欣昊、乔娟、刘峰、杨亦典、高宇星、杨睿、王一格、王珊、王丽
成果简介: 在国家重点研发项目、陕西省科技厅自然基金项目、陕西省气象局重点研发项目及西安市气象局“火车头计划”重点研发项目的共同支撑下,为辅助政府“治污减霾”,“十三五”期间,项目组建立了省内第一个有源空气质量数值预报业务系统。 基于数值模拟、遥感反演、并行计算、大数据处理等多项先进技术建立了关中城市群空气质量数值预报系统。系统建设过程中,项目组针对复杂的排放情况,利用公开的人为排放数据,充分考虑扬尘的影响,采用合理的分配方式构建关中城市群清单基于多源构建了合理的关中区域大气污染排放清单,并利用长时间序列、大样本的数值模式来反向评估城市群排放强度的变化状况,量化研究了大气细颗粒物污染的传输过程。
(1)关中城市群细颗粒物来源以无组织的扬尘排放为主,已有的陕西排放清单对此关注较少,其中一次颗粒物的排放量为PM10 45~58万吨/年,PM2.5 32~45万吨/年。利用公开的人为排放清单和排放数据,充分考虑扬尘的影响,采用合理的分配方式构建关中城市群清单,将一次颗粒物的排放量提高至PM10 77万吨/年,PM2.5 53万吨/年。对基于该清单的2014-2015年冬季模拟结果进行检验,西安PM2.5的平均偏差(MB)仅为-1.3~0.5μg/m3,合理性比率(FAC2)为79%~86%,表明了清单排放量的合理性,且所构建清单的排放量接近2014~2015年。 (2)在已建立清单的基础上,采用长期数值模拟方法,区分气象和排放的影响,提出反向评估区域大气污染排放强度变化的新方案。该方案表明从2014年冬季至2015年冬季,模拟浓度略有增长,但MB保持不变,说明略有恶化的2015年冬季空气质量主要是受到不利大气扩散条件的影响,排放量变化较小;2015年冬季至2016年冬季间的模拟浓度变化不大,但观测数据增加明显,分析表明2016年冬季严重污染的情况主要是由于扬尘排放地急剧增加;2017年冬季模拟浓度降低,但MB绝对值的降幅更大,表明空气质量的改善是大气扩散条件转好和排放减少共同的作用。同时,可以发现气象条件对四年冬季平均颗粒物浓度最大的影响仅约为10μg/m3。 (3)针对类似2016年冬季这样的无组织面源排放量突增的问题,采用数值敏感性试验,定量化反向估算缺失排放量,得出2016年冬季西安城区及西咸新区新增的一次颗粒物排放约为17.3~22.3千吨,为排放清单的更新提供一种新方法。 (4)采用长时间序列、大样本的数值模拟,首次揭示不同区位城市的本地排放贡献率符合不同的概率分布特征,避免了针对个别典型污染过程研究带来的不确定性,为更合理的量化区域间的细颗粒物传输提供新方法。
建立区域排放清单是环保调查和开展空气质量数值模拟的基础性工作,也是环保部门近几年来最重要最关键的任务。正向建立和更新区域排放清单需要进行大量的调查工作,耗费巨大的人力、物力和财力,本项目基于已有的多源排放数据,充分考虑当地的排放特征,应用合理的分配方式建立可靠的排放清单,同时在随着经济发展和减排措施实施的情况下,利用多组数值模拟试验来反向更新排放清单,具有较高的经济价值。 项目成果可以每日为环保部门提供西安不同区域的细颗粒物来源预报,根据预报结果,可以针对不同的区域开展精细化的减排管控措施,真正有意义地实现联防联控的开展,另外,项目不仅关注每日预报,还对长时间序列的模拟结果进行分析,得到常态下西安污染传输状况,有利于环保部门加深对西安污染特征的认识,制定常态化精准的减排方案。 研究成果引入概率密度函数来量化西安细颗粒物的来源,将进一步深化当前对西安区域的大气污染特征的科学认识,更科学客观地提出并制定西安大气细颗粒物污染治理方案。同时,研究利用公开的人为排放清单和排放数据集,为关中地区建立合理的排放清单,该项工作不但弥补了关中地区本地化排放清单的空白,也为其他类似区域提供可借鉴的新方法。
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