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珠三角精细化大气成分星地协同监测与预报关键技术研究

成果登记号: 中气科成登[2018]0021
成果名称: 珠三角精细化大气成分星地协同监测与预报关键技术研究
第一完成单位: 中国气象局广州热带海洋气象研究所
研究时间: 2013-01  至  2015-12
研究领域: 应用气象
成果分类: 应用技术类
成果形式:   系统  
来源计划: 公益性行业(气象)科研专项
成果简介: 该成果主要内容包含:
(1) 研发建立华南区域环境气象数值预报系统( GRACEs V1.3)
以我国自主研发的精细化气象模式GRAPEs作为驱动场,耦合了CMAQ模式,研发了动态排放源处理系统,改进了模式中适合华南地区特点的关键理化过程,构建了三重嵌套(分辨率为27km,9km,3km)的华南区域环境气象数值预报系统GRACEs V1.3。该系统运行稳定性可满足预报业务要求,整体预报能力达到国家级环境气象预报模式预报水平,在华南区域大部分要素预报相对于国家级模式有正技巧,GRACEs模式系统于2016年6月通过了中国局组织的业务准入专家评审会。建设了华南区域环境气象业务平台。实时显示灰霾、雾、能见度、颗粒物质量浓度、臭氧、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、AQI等十几种预报产品。网址:http://113.108.192.90/envcompare,在日常公众预报业务服务中发挥了很好的作用。
(2)耦合城市冠层效应的GRAPEs模式在空气质量预报中的应用研究
基于气象模式发展的区域尺度空气质量预报业务已在珠三角开展,但是由于气象场的预报准确性仍不够高,对空气质量预报的效果有很大影响。为了改善模式的模拟效果,引入城市冠层模式是有效的解决方案之一。本研究利用我国自主研发的本地精细化预报系统GRAPES模式耦合单层城市冠层模式UCM,评估冠层效应对气象条件的影响作用,并接入化学模式CMAQ,对多个典型污染天气过程进行模拟与评估分析,考察模式在不同污染个例的模拟效果以及冠层模式对空气质量预报的影响作用,表明冠层效应对气象场模拟精度有较好的正效果。
(3)大气化学模式的光解模块本地化
大气化学模式的光解模块关系到光化学反应的辐射能量问题,对污染物种的模拟精度至关重要。本研究收集整理反演卫星以及地基激光雷达数据,并进行参数化,将光解模块气溶胶相关光学参数进行本地化,建立了珠三角不同季节的气溶胶垂直廓线(单项式指数)参数化方案,替换模式默认的气溶胶垂直廓线,提高了化学模式的光解率计算准确性,使得与光化学反应相关的二次污染物的计算更加合理,改进了模式的光化学计算精度。
(4) 建立珠三角动态排放源处理系统V1.0
融合不同类型的排放源清单。利用清华大学2010年版以及广东省机动车2012版排放源清单替换2006年版的排放源清单,联合使用大气成分卫星遥感资料和本地区地面站点观测资料,对排放源分布和量级进行优化。同时以清华大学的源清单为基础,本地化时间和物种分配系数,编写动态排放源处理系统,替换原有的SMOKE模式,大大缩短计算时间。同时配合使用地理信息系统数据,将行政区域编码分类,对不同排放源类型也进行编码分类,可方便快捷地进行联防联控减排模拟试验。
(5) 建立珠三角不利气象条件下的区域大气污染联防联控措施与预案
建立了珠三角区域联防联控的计算方法与流程。根据源清单分析,将联防联控区域分为省外及广东省内8个区域共9个区域进行减排实验,针对影响广州-佛山的调控为例,定量模拟评估不同天气过程,不同地区的各类排放源对广佛地区的污染贡献。同时开展未来情景下的空气质量治理的评估,通过调研历年的珠三角污染源清单,结合国家和地方政府的大气污染治理文件,利用区域空气质量/灰霾数值预报系开展了多种未来减排情景的实验。以2010年为基准年,评估2020年珠三角空气质量的情况。为此设计了三种情景,case 1是背景实验(BASE),该情景以2010年的实际排放为输入的源清单;case 2(CAU)是按照历史的减排力度和减排趋势执行到2020年,评估在这种情景下珠三角区域的空气质量;case 3 (CAP)参考了国家和地方政府的减排文件,评估严格按照政府计划执行得到的目标年的空气质量。给出未来珠三角空气质量达标的科学建议。
(6)局地回流指数在空气质量变化定量研究中的应用
在污染气象条件定量化研究中,以地面风速、边界层通风量、风的矢量和等为参考指标,并不能很好地解释地面风速较大而空气质量差、空气质量最差并非发生在风速最小时候等实际问题。本研究发现局地回流指数是表征大气输送能力的有效指标,将局地回流指数引入珠三角污染气象条件对空气质量影响定量研究,重污染个例分析和实际应用表明,局地回流指数可以区分局地污染物回流堆积与上风向污染物输送两种因素在污染形成过程中的作用,效果很好。局地回流指数可作为污染气象条件对空气质量影响定量研究的指标。
(7) 建立星地协同大气成分观测资料库,建立珠三角地区具有一致性的AOD、对流层臭氧等遥感数据集
收集近十年国内外大气成分相关卫星遥感资料,整理得到广东省大气成分卫星遥感资料基础数据集。联合使用大气成分卫星遥感资料和已有多年珠三角大气成分观测站网地基观测数据,建立星地协同大气成分观测资料库。建立珠三角2004年以来MODIS、FY3卫星大气成分产品资料数据库,通过分析大气成分卫星遥感产品资料分析,得到广东省气溶胶光学厚度的分布规律。利用多卫星平台遥感数据,建立珠三角地区1996-2013年对流层NO2、1979-2013年臭氧遥感长时间序列数据集。不同卫星平台遥感数据之间存在较大的差异性。通过线性订正方法,建立了具有较好一致性的NO2数据序列。对流层臭氧卫星遥感数据集主要有两个:一个是1979年1月至2005年12月利用TOMS/SBUV数据生成,另一个是2004年10月至2013年12月利用OMI/MLS数据生成。在本项目支持下,对珠三角地区两种数据集在2004年10月至2005年12月交叉观测期数据进行对比,发现二者存在显著差异。为此,基于格点数据,逐月建立了OMI/MLS数据对TOMS/SBUV数据的订正模型,从而建立具有良好一致性的1979-2013年珠三角对流层臭氧数据库。
(8) 形成珠江三角洲2012年大气排放源清单
排放源清单编制以2012年数据为基础,完成了重点工业源(电厂-锅炉-VOCs排放源)活动水平信息的更新调查,进行了工业行业(印刷、家具制造、集装箱制造等共约20家企业)重要特征污染物的排放测试,收集和统计调查了珠三角各城市机动车、非道路移动源、扬尘源、生活源、农业源等领域相关的活动数据,完成各类非点源排放子清单,调查研究了工业分布、人口分布、道路分布、土地类型、植被分布等空间分配因子库,调查研究了各工业行业、机动车、船舶、飞机、扬尘、人口活动、农业活动等时间因子库及化学物种分配因子库。最后通过排放源处理模式SMOKE生成了时间分辨率为1小时、空间分辨率为3km×3km的网格化排放源清单。
(9)科研成果产出丰富
加深了珠三角污染气象与污染形成机制的认识,为珠三角与华南区域环境气象业务提供了强有力的技术支撑与客观预报指导产品;另外,科研成果产出显著,发表了科学论文44篇(第1、2标注22篇),其中SCI论文13篇(第1、2标注6篇),EI论文9篇(第1、2标注3篇);获取软件著作权3项。
登记形式: 国家局认定
成果年度: 2018
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