基于松弛逼近方法的天津PM2.5延伸期数值预报研究

摘要：

在现有天津延伸期空气质量数值预报系统(CFS/WRF-Chem)的基础上,引入 Nudging 技术约束模式积分过程,开展 Grid Nudging 和 Spectral Nudging敏感性试验.通过张弛波数、张弛时间、张弛变量等参数的最优化方案测试,提升Nudging技术在天津秋冬季PM2.5延伸期数值预报中的适用性,以期有效提升天津秋冬季 10～45d 空气质量趋势预测的准确性.研究结果表明:与未采用 Nudging 技术的延伸期空气质量数值模式预报相比,使用Nudging技术后,无论是Grid Nudging还是Spectral Nudging,延伸期空气质量预报效果均得以提升.逐日预报与实况PM2.5质量浓度的相关系数由未采用Nudging技术的0.1分别提高至Grid Nudging的0.35和Spectral Nudging的0.43,PM2.5等级预报准确率由33%分别提高至47%和44%.相比Grid Nudging和Spectral Nudging方案的选择,张弛波数、截断波长和张弛变量等参数最优配置对Nudging技术运用更为关键.Grid Nudging技术中张弛系数5×10-5,张弛时间尺度6h,张弛变量θ-q-uv为最优;Spectral Nudging技术中张弛波数1,截断波长1800km,张弛变量θ-q-uv最优.即使采用Nudging技术,延伸期PM2.5 质量浓度逐日预报仍有很大的不确定性,其更适合趋势(增加或者下降)预测.从候与候之间 PM2.5 浓度变化趋势结果分析,未采用 Nudging 技术时,预报准确率为50%,采用Grid Nudging提高至75%,采用Spectral Nudging可提高至88%,Spectral Nudging的预报结果略优,且可以有效支撑延伸期PM2.5候分辨率尺度空气质量趋势预测.

关键词：天津、松弛逼近方法、延伸期PM2.5数值预报、WRF-Chem

所属期刊栏目：43

分类号：X513(大气污染及其防治)

资助基金：国家自然科学基金;天津市气象局项目

在线出版日期：2023-10-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：4503-4511