DB4403∕T 208-2021 環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警技術規(guī)范

1、 ICS13.040CCSZ01DB4403深 圳 市 地 方 標 準DB4403/T2082021環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警技術規(guī)范Technicalspecificationforforecastingofambientairquality2021-12-15發(fā)布2022-01-01實施 DB4403/T2082021目次前言.II引言.III1范圍.12規(guī)范性引用文件.13術語和定義.14基本要求.24.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報.24.2環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報.25運算處理.35.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值模式預報.35.2環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報.46預報工作流程.47效果評估.47.1評估內(nèi)容.57.2評

2、估方法.5附錄A（資料性）環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警工作流程.7參考文獻.10I DB4403/T2082021前言本文件按照GB/T1.12020標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則的規(guī)定起草。II DB4403/T2082021引言為規(guī)范現(xiàn)行的深圳市環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警工作方案，建立科學客觀的、適合本地的、可操作性強的深圳市空氣質(zhì)量預報預警規(guī)范，支持生態(tài)環(huán)境管理部門規(guī)范全市空氣質(zhì)量預報流程，進而及時制定有效的應急管理措施，提高對社會公眾環(huán)境空氣質(zhì)量預報和信息發(fā)布的服務水平，特制定本文件。III DB4403/T2082021環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警技術規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量

3、預報預警的數(shù)值預報基本要求、統(tǒng)計預報基本要求、數(shù)值模式預報運算處理、統(tǒng)計預報運算處理、工作流程及效果評估等內(nèi)容。本文件適用于規(guī)范和指導深圳市業(yè)務化應用的環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB3095環(huán)境空氣質(zhì)量標準HJ11302020環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報技術規(guī)范3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式numericalforecastingmodelforambientairqu

4、ality基于大氣污染物形成過程中的基本物理和化學原理，采用數(shù)值計算方法模擬大氣污染物的排放、擴散、輸送、化學反應、清除等物理和化學過程，從而預測空氣質(zhì)量狀況的系統(tǒng)。來源：HJ11302020,3.13.2環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報numericalforecastingofambientairquality利用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式，對大氣中的主要污染物濃度及時空變化進行預報，預測城市和區(qū)域等環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和潛在污染過程，為公眾的日常生活和生產(chǎn)活動提供指導和服務，為管理部門采取應對措施提供科學依據(jù)。來源：HJ11302020,3.23.3模式污染源清單model-readypollutante

5、missioninventory基于大氣污染物源排放清單和源清單處理模式，結合人口和交通路網(wǎng)等地理信息數(shù)據(jù)，按照不同類型排放源的時間分配和化學組成，根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式的時空分辨率和化學機制要求，處理獲得的網(wǎng)格化源排放數(shù)據(jù)。來源：HJ11302020,3.33.4大氣化學資料同化atmosphericchemicaldataassimilation1 DB4403/T2082021基于最優(yōu)估計理論，利用模式狀態(tài)變量的時空演變規(guī)律和物理化學屬性的持續(xù)約束，將多源大氣化學成分觀測信息不斷融入到環(huán)境空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)中，以更加精確地估計或預測未知變量，減小不確定性的方法。來源：HJ113020

6、20,3.43.5環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報模式statisticalforecastingmodelforairquality利用環(huán)境空氣質(zhì)量和氣象等歷史觀測資料，分析大氣污染濃度與氣象條件及其他影響因素條件的統(tǒng)計關系，建立擬合方程或統(tǒng)計模型，從而根據(jù)模型和新的預測影響因素條件，獲得對未來環(huán)境空氣質(zhì)量的預報結果。3.6環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報statisticalforecastingofambientairquality利用環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報模式，以未來的氣象條件或非氣象條件作為模式的輸入，對未來環(huán)境空氣質(zhì)量和大氣污染物濃度進行預報。3.7空氣質(zhì)量指數(shù)airqualityindex定量描述空氣質(zhì)量

7、狀況的無量綱指數(shù)。來源：HJ6332012,3.14基本要求4.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報4.1.1空間尺度范圍環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式應客觀反映一定空間范圍內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量水平和變化規(guī)律?？臻g尺度范圍應符合下列要求：a)城市群尺度覆蓋深圳市及其周邊區(qū)域，空間范圍通常為100萬平方公里量級；b)市級尺度覆蓋深圳市，空間范圍為4000平方公里以上；c)區(qū)級尺度覆蓋該行政區(qū)域及周邊行政區(qū)。4.1.2空間分辨率環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式市級尺度計算區(qū)域的水平分辨率不低于3公里3公里，重點地區(qū)的區(qū)級尺度水平分辨率不低于1公里1公里或精細到街區(qū)尺度。垂直計算區(qū)域的垂直層數(shù)不少于30層，其中近地面1公里內(nèi)垂直層

8、數(shù)不少于10層。模式污染源清單空間分辨率應與環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式計算區(qū)域的空間分辨率一致。4.1.3預報時長環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式的預報時長不少于5天。4.1.4預報輸出時間間隔環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報模式相鄰兩次模擬結果輸出的時間間隔應在1小時（含）以內(nèi)。4.2環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報4.2.1空間尺度范圍2 DB4403/T2082021環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報模式應客觀反映一定空間范圍內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量水平和變化規(guī)律，原則上每個區(qū)至少一個點位。4.2.2預報時長環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報模式的預報時長不少于5天。4.2.3預報輸出時間間隔環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報模式相鄰兩次模擬結果輸出的時間間隔應在1小時

9、（含）以內(nèi)。5運算處理5.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值模式預報5.1.1模式污染源清單處理輸入?yún)?shù)包括大氣污染物源排放清單、時間和空間分配系數(shù)、化學成分譜等。大氣污染物源排放清單基本屬性包括基準年、覆蓋范圍、排放污染物種類、排放來源類別、時間和空間分辨率等。如有條件，可采用動態(tài)更新的大氣污染物源排放清單數(shù)據(jù)。注1：排放污染物種類包含細顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、有機碳（OC）、黑碳（BC）、氨（NH3）、揮發(fā)性有機物（VOCs）等。注2：排放來源類別包括電廠、工業(yè)、交通、居民、農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)燃燒、揚塵、天然源等。依據(jù)時間和空間分

10、配系數(shù)對大氣污染物源排放清單進行時間和空間分配，包含人口密度、土地利用等空間分配因子和不同類型排放來源的月變化、周變化和日變化等時間分配因子。依據(jù)化學成分譜對排放污染物進行化學組成分配。5.1.2模式氣象預報場前處理氣象預報場基本屬性應包括起始時刻、時段范圍、時間分辨率、區(qū)域網(wǎng)格坐標參數(shù)、邊界層方案、輻射方案、陸面過程方案和云物理方案等。氣象要素應包括溫度、氣壓、濕度、風速、風向、降水、云、輻射等。氣象預報場前處理包括診斷分析、單位轉(zhuǎn)換、空間插值和格式轉(zhuǎn)換等。5.1.3初始邊界條件設置初始值指起始時刻模式計算區(qū)域污染物的濃度值，獲取方法有以下三種：a)缺省值；b)從已獲得的模式輸出或分析資料中

11、提取處理；c)大氣化學資料同化。邊界值指預報時段內(nèi)最外層模式計算區(qū)域邊界上污染物的濃度值，獲取方法有以下兩種：a)缺省值；b)從全球模式或大范圍區(qū)域模式的預報結果中提取。5.1.4大氣化學傳輸運算輸入?yún)?shù)包括模式污染源清單、模式氣象預報場、模式初始和邊界條件以及地理經(jīng)緯度資料等。3 DB4403/T2082021結合計算區(qū)域地形特點、氣象條件、污染物排放特征等因素，設置物理化學過程關鍵參數(shù)最優(yōu)化方案組合。注：主要物理化學過程應包括排放、平流、擴散、對流、干沉降、濕沉降、氣相化學、液相化學、無機氣溶膠化學、有機氣溶膠化學及多相化學反應等。5.1.5數(shù)值預報產(chǎn)品輸出環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預報基本產(chǎn)品應包

12、括PM2.5、PM10、CO、O3、NO2、SO2等主要污染物濃度、空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）數(shù)值、級別和首要污染物等。環(huán)境空氣質(zhì)量預報診斷產(chǎn)品包括顆粒物組分(硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、有機物)、重點地區(qū)和重點行業(yè)污染來源貢獻(分擔)率、氣溶膠光學厚度以及光化學反應二次生成主要示蹤產(chǎn)物等相關參數(shù)。氣象條件預報基本產(chǎn)品應包括風向、風速、降水、溫度、相對濕度和邊界層高度的空間分布及垂直風場、前后向氣團軌跡等。5.2環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報5.2.1預報因子數(shù)據(jù)庫建立統(tǒng)計模型假設污染水平主要受氣象條件控制，污染源變化很小。選取穩(wěn)定性好、代表性強、與污染相關性好的氣象因子，包括風速、風向、溫度、相對濕度、壓力和降

13、水等氣象要素。氣象數(shù)據(jù)的來源主要是氣象部門天氣預報結果、氣象數(shù)值模式預報數(shù)據(jù)等。5.2.2輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量控制輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量控制包括模型輸入數(shù)據(jù)中異常值、重復值和缺失值的識別和處理等。5.2.3模型訓練模型訓練是模型沿著預報污染物濃度和觀測污染物濃度之間的誤差減小的方向不斷更新模型參數(shù)的過程。模型的訓練可以通過Fortran、Python和R等編程語言實現(xiàn)。5.2.4模型調(diào)優(yōu)統(tǒng)計預報模型的調(diào)優(yōu)是通過交叉驗證等方法對預報因子和模型結構進行反復優(yōu)化，從而建立最優(yōu)的擬合方程或統(tǒng)計模型。5.2.5統(tǒng)計預報產(chǎn)品輸出環(huán)境空氣質(zhì)量統(tǒng)計預報基本產(chǎn)品應包括PM2.5、PM10、CO、O3、NO2、SO2等主要污染物濃

14、度、AQI數(shù)值、級別和首要污染物等。針對特定污染物的統(tǒng)計預報模型，產(chǎn)品應包括該污染物濃度、AQI分指數(shù)等。5.2.6模型動態(tài)更新至少每六個月將最新的環(huán)境空氣質(zhì)量和氣象等實測數(shù)據(jù)作為樣本加入到樣本庫中，通過不斷調(diào)整樣本庫重新訓練，形成一種動態(tài)的統(tǒng)計預報模型，以提升預測效果。6預報工作流程環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警工作流程見附錄A。7效果評估4 DB4403/T20820217.1評估內(nèi)容7.1.1開展環(huán)境空氣質(zhì)量預報工作時，應對其預報效果進行評估。評估內(nèi)容包括評估類別、評估對象、評估時效、評估周期。7.1.2評估類別包括單項污染物濃度預報統(tǒng)計、AQI預報范圍、AQI預報級別、首要污染物預報準確率、污染

15、天預報準確率。7.1.3評估對象包括PM2.5、PM10、CO、O3、NO2、SO2濃度，AQI范圍、AQI級別，首要污染物、污染天預報準確率。7.1.4對環(huán)境空氣質(zhì)量預報模式提前24小時、48小時、72小時等主要時次的預報結果分別進行時效評估。7.1.5預報評估以每日例行的空氣質(zhì)量預報為基礎?？紤]數(shù)據(jù)有效性，本文件規(guī)定主要以季度和年度為評估周期開展空氣質(zhì)量預報評估，視實際需要開展其它周期評估。7.2評估方法7.2.1單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估單項污染物濃度預報統(tǒng)計評估是指通過各項污染物濃度預報結果與觀測數(shù)據(jù)的偏差、誤差和相關性等方面的分析，評估預報模式對城市各項污染物的預報效果，污染物濃度單

16、位按照GB3095設定。評估所用觀測數(shù)據(jù)包括國控點、省控點、市控點和區(qū)控點等污染物監(jiān)測濃度數(shù)據(jù)，應為審核后的站點數(shù)據(jù)。評估內(nèi)容主要包括標準化平均偏差、均方根誤差和相關系數(shù)。標準化平均偏差按照HJ11302020公式（1）計算。均方根誤差按照HJ11302020公式（2）計算。相關系數(shù)按照HJ11302020公式（3）計算。7.2.2AQI范圍預報準確率評估以AQI預報值為基準，設定正負浮動25%為AQI預報范圍。若實測AQI在AQI預報范圍內(nèi)，則記為AQI范圍預報準確。評估時段內(nèi)AQI范圍預報準確天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比為AQI范圍預報準確率，按照HJ11302020公式（4）計算。7.2.3

17、AQI級別預報準確率評估將7.2.2的AQI預報范圍對應得到AQI預報級別范圍，若實測AQI級別在AQI預報級別范圍內(nèi)，則記為AQI級別預報準確。評估時段內(nèi)AQI級別預報準確天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比為AQI級別預報準確率，包括分級別預報準確率和級別預報準確率。分級別預報準確率按照HJ11302020公式（5）計算，級別預報準確率按照HJ11302020公式（6）計算。AQI級別預報準確率年評估結果不低于60%。7.2.4首要污染物預報準確率評估首要污染物預報準確率的判定標準如下：AQI級別為一級時，無首要污染物，不參與首要污染物預報評估；AQI級別為二級及以上時，當任一預報首要污染物與任一實測

18、首要污染物相同時，則首要污染物預報準確。5 DB4403/T2082021評估時段內(nèi)首要污染物預報準確的天數(shù)與評估總天數(shù)的百分比為首要污染物預報準確率，按照HJ11302020公式（7）計算。7.2.5污染天預報準確率評估以自然日0-23時為判據(jù)，將日AQI大于100定義為污染天。一年內(nèi)實測污染天數(shù)大于等于5天時，可進行污染天預報準確率評估。實況為污染的總天數(shù)中AQI級別預報準確的天數(shù)所占的百分比為污染天預報準確率，計算方法見公式（1）。 = 100%(1)實況式中：污染天預報準確率；評估時段內(nèi)AQI級別預報準確天數(shù)；N實況實況為污染的總天數(shù)。6 DB4403/T2082021附錄A（資料性）

19、環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警工作流程A.1資料分析A.1.1空氣質(zhì)量監(jiān)測實況分析空氣質(zhì)量實況是預報員預判空氣質(zhì)量未來變化趨勢的基礎。預報員主要統(tǒng)計分析深圳市區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測站點主要污染物濃度、過去一段時間內(nèi)污染物濃度變化趨勢、大氣顆粒物組分和揮發(fā)性有機物等二次生成相關前體物水平、相關雷達和衛(wèi)星等遙感產(chǎn)品、AQI和首要污染物等，同時考慮深圳市周邊城市空氣質(zhì)量變化情況。A.1.2大氣污染源變化分析主要統(tǒng)計分析深圳市區(qū)域內(nèi)過去一段時間內(nèi)污染源變化情況，包括工業(yè)點源、移動源、揚塵等面源及一些突發(fā)性污染源等，同時考慮深圳市周邊城市污染源對本地空氣質(zhì)量的傳輸影響。A.1.3氣象條件分析及預判通過分析深圳市主要氣象因素

20、的監(jiān)測和預報資料，預報員預判深圳市未來大氣環(huán)境擴散條件。分析內(nèi)容主要包括中央氣象臺、深圳市氣象臺、香港天文臺等氣象部門所給出的東亞地區(qū)不同高度層的天氣控制系統(tǒng)形勢、流場、溫濕度場等氣象條件產(chǎn)品，并綜合分析各層天氣系統(tǒng)匹配情況、天氣系統(tǒng)移動及與污染場的協(xié)同變化。A.1.4數(shù)值及統(tǒng)計等預報模式結果分析預報員將數(shù)值模式預報結果和統(tǒng)計模型預報結果及上級部門每日下發(fā)的環(huán)境空氣質(zhì)量預報指導產(chǎn)品作為深圳市空氣質(zhì)量預報的參考。采用以數(shù)值模型預報和統(tǒng)計模型預報結果相結合的方式，將包含各種污染物濃度逐時疊加風場模擬值的空間分布、深圳市污染區(qū)域范圍、深圳市未來空氣質(zhì)量等級、污染團移動規(guī)律和首要污染物等數(shù)值模型預報結

21、果與本地實際情況相結合進行深入分析。A.2預報會商A.2.1內(nèi)部會商內(nèi)部會商由當日主班預報員發(fā)起，預報會商團隊一般包括首席預報員、主班預報員和副班預報員等。會商內(nèi)容主要為前一日預報結果評估、當日空氣質(zhì)量實況分析、氣象條件、大氣污染潛勢、未來空氣質(zhì)量變化趨勢、AQI預測范圍等。A.2.2外部會商建立常態(tài)化外部會商機制。主班預報員每日進行空氣質(zhì)量預報時，需與氣象部門值班人員進行會商，由氣象部門提供未來短期內(nèi)詳細的地面風向和風速、相對濕度、降雨落區(qū)和降雨強度等氣象資料和污染氣象條件預測，從而對未來污染物變化趨勢、AQI和首要污染物作出更準確的判斷。A.2.3會商意見基于內(nèi)部會商和外部會商結果，形成預報意見，主要包括未來AQI范圍、AQI級別、首要污染物等。若預測未來空氣質(zhì)量變化趨勢及未來一定時間內(nèi)空氣質(zhì)量達到輕度污染及以上，則按照大氣污染應急預案運行機制上報市污染防治攻堅戰(zhàn)指揮部（以下簡稱“指揮部”）。指揮部負責組建和管理大氣污染應7