2020環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)范

環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)范目 次.........................................................................................................................................................................................................................................................................i環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)范適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式基本要求、運(yùn)算處理和效果評(píng)估方法等內(nèi)容?；瘧?yīng)用的環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式，對(duì)其基本性能、組成和模擬效果等方面作出規(guī)定。規(guī)范性引用文件GB3095 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)HJ633 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式numericalforecastingmodelforambientairquality基于大氣污染物形成過程中的基本物理和化學(xué)原理，采用數(shù)值計(jì)算方法模擬大氣污染物的排放、擴(kuò)散、輸送、化學(xué)反應(yīng)、清除等物理和化學(xué)過程，從而預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量狀況的系統(tǒng)。環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)numericalforecastingofambientairquality模式污染源清單model-readypollutantemissioninventory基于大氣污染物源排放清單和源清單處理模式，結(jié)合人口和交通路網(wǎng)等地理信息數(shù)據(jù)，大氣化學(xué)資料同化atmosphericchemicaldataassimilation1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式基本要求空間尺度范圍環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式應(yīng)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，模式所應(yīng)用的空間尺度范圍可分為全球尺度、大陸尺度、區(qū)域尺度和城市尺度。900萬平方公里以上。100～900萬平方公里。100萬平方公里以下?？臻g分辨率1o1o，大陸尺度不低于50公里×50公里，區(qū)域尺度不低于15公里×15公里，城市尺度不低于公里×5公里。1015層。模式污染源清單空間分辨率應(yīng)與數(shù)值預(yù)報(bào)模式計(jì)算區(qū)域的空間分辨率一致。預(yù)報(bào)時(shí)長(zhǎng)7天。7天。5天。預(yù)報(bào)輸出時(shí)間間隔環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式相鄰兩次模擬結(jié)果輸出的時(shí)間間隔應(yīng)在1小時(shí)（含）以內(nèi)。環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式運(yùn)算處理模式污染源清單前處理主要目的是將大氣污染物源排放清單轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格化、逐小時(shí)的模式污染源清單。輸入?yún)?shù)包括區(qū)域大氣污染物源排放清單、時(shí)間和空間分配系數(shù)、化學(xué)成分譜等。大氣污染物源排放清單基本屬性包括基準(zhǔn)年、覆蓋范圍、排放污染物種類、排放來源分類、時(shí)間和空間分辨率等。M2M1O2氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、有機(jī)碳（OC）、黑炭（BC）、氨（NH3）、揮發(fā)性2有機(jī)物（VOCs）等。依據(jù)時(shí)間和空間分配系數(shù)對(duì)大氣污染物源排放清單進(jìn)行時(shí)間和空間分配，包含人口依據(jù)化學(xué)成分譜對(duì)排放污染物進(jìn)行化學(xué)組成分配。如有條件，可采用動(dòng)態(tài)更新的污染源清單數(shù)據(jù)。模式氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)前處理主要目的是將氣象預(yù)報(bào)模式的原始輸出結(jié)果轉(zhuǎn)化為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式的輸入氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)，應(yīng)包括診斷分析、單位轉(zhuǎn)換、空間插值和格式轉(zhuǎn)換。氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)基本屬性應(yīng)包括起始時(shí)刻、時(shí)間和空間范圍、時(shí)間和空間分辨率、區(qū)域網(wǎng)格坐標(biāo)參數(shù)、邊界層方案、輻射方案、陸面過程方案和成云參數(shù)化方案等。氣象要素應(yīng)包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)、降水、云、輻射等。初始與邊界條件設(shè)置主要目的是為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式提供運(yùn)行初始值和最外層模式計(jì)算區(qū)域的邊界值。（1）2（31）2大氣化學(xué)傳輸運(yùn)算主要目的是用數(shù)學(xué)方程組表征污染物在大氣中生消演變的物理化學(xué)過程，計(jì)算污染物濃度的時(shí)空分布。輸入?yún)?shù)包括模式污染源清單、模式氣象預(yù)報(bào)場(chǎng)、模式初始和邊界條件以及地理經(jīng)緯度資料等。主要物理化學(xué)過程應(yīng)包括排放、平流、擴(kuò)散、對(duì)流、干沉降、濕沉降、氣相化學(xué)、液相化學(xué)、無機(jī)氣溶膠化學(xué)、有機(jī)氣溶膠化學(xué)及多相化學(xué)反應(yīng)等。結(jié)合計(jì)算區(qū)域地形特點(diǎn)、氣象條件、污染物排放特征等因素，設(shè)置物理化學(xué)過程關(guān)鍵參數(shù)最優(yōu)化方案組合。有條件時(shí)可進(jìn)行大氣化學(xué)資料同化，用最優(yōu)插值、三維變分、四維變分、集合卡爾曼濾波等方法，分析融合觀測(cè)數(shù)據(jù)和模式預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。預(yù)報(bào)產(chǎn)品輸出主要目的是對(duì)模式原始輸出結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、診斷分析、單位換算、網(wǎng)格坐標(biāo)和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等，制作空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)產(chǎn)品?？諝赓|(zhì)量預(yù)報(bào)基本產(chǎn)品應(yīng)包括PM2.5PM10COO3NO2、SO2和空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的時(shí)空分布。3空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的可選產(chǎn)品包括顆粒物組分、污染來源貢獻(xiàn)率、污染潛勢(shì)、沙塵、氣溶膠光學(xué)厚度等。環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式效果評(píng)估方法評(píng)估內(nèi)容應(yīng)用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式時(shí)，應(yīng)對(duì)其預(yù)報(bào)效果進(jìn)行評(píng)估。PM2.5PM10COO3NO2SO2濃度，AQIAQI染物。評(píng)估類別：包括單項(xiàng)污染物濃度預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)評(píng)估、空氣質(zhì)量指數(shù)預(yù)報(bào)評(píng)估、重污染天預(yù)報(bào)評(píng)估。24小時(shí)、48小時(shí)、72小時(shí)等預(yù)報(bào)結(jié)果分別進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估周期：對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)效果進(jìn)行季度和年度評(píng)估；如進(jìn)行月度評(píng)估，可參照?qǐng)?zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)。AQI和各項(xiàng)污染物濃度。GB3095HJ單項(xiàng)污染物濃度預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)評(píng)估單項(xiàng)污染物濃度預(yù)報(bào)統(tǒng)計(jì)評(píng)估是指通過各項(xiàng)污染物濃度數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)況的偏差、標(biāo)準(zhǔn)化平均偏差（NormalizedMeanBias,NMB）1ΣN(Fi—0i)Σ 1NΣ 1NNi=1

（1）式中：NMB——標(biāo)準(zhǔn)化平均偏差；N——參與計(jì)算的樣本對(duì)個(gè)數(shù)；Fi——第i個(gè)樣本對(duì)中，污染物數(shù)值預(yù)報(bào)濃度值；Oi——第i個(gè)樣本對(duì)中，污染物實(shí)況濃度值。均方根誤差（RootMeanSquareErrorRMSE）N1N1ΣNi=1(Fi—0i)2式中：RMSE——均方根誤差；N——參與計(jì)算的樣本對(duì)個(gè)數(shù)；Fi——第i個(gè)樣本對(duì)中，污染物數(shù)值預(yù)報(bào)濃度值；Oi——第i個(gè)樣本對(duì)中，污染物實(shí)況濃度值。

（2）4相關(guān)系數(shù)（Correlationcoefficientr）ΣN(Fi—)2N(0iˉ)2i=1i=1i=1 i=1 rΣN(Fi—)2N(0iˉ)2i=1i=1i=1 i=1

（3）式中，r——相關(guān)系數(shù)；N——參與計(jì)算的樣本對(duì)個(gè)數(shù)；Fi——i個(gè)樣本對(duì)中，污染物數(shù)值預(yù)報(bào)濃度值；ˉ——i個(gè)樣本對(duì)中，污染物實(shí)況濃度值；ˉ——空氣質(zhì)量指數(shù)預(yù)報(bào)評(píng)估AQIAQIAQI范圍預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率評(píng)估AQI25%AQIAQI實(shí)況在預(yù)AQI范圍預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。AQIAQI范圍預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，計(jì)算公式如下：NRA?=n×1樈樈% （4）N式中：RA樈?——AQI范圍預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；n——AQI范圍預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的天數(shù)；N——評(píng)估總天數(shù)。AQI級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率評(píng)估6.3.2AQIAQIAQIAQI預(yù)報(bào)級(jí)別AQI級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。評(píng)估時(shí)段內(nèi)AQI級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確天數(shù)與評(píng)估總天數(shù)的百分比即為AQI級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。包括分級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，AQI級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率年評(píng)估結(jié)果應(yīng)不低于60%，計(jì)算公式如下：分級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率Gci??,i：NGci??,i=ni×1樈樈% （5）Ni式中：Gci??,i——分級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；i——AQI優(yōu)至六級(jí)嚴(yán)重污染；ni——級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確天數(shù)；Ni——實(shí)況AQI級(jí)別為i的總天數(shù)。級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率Gci??：5ΣkNiGci??=i=1×1樈樈% ΣkNii=1式中：Gci??——級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；i——AQI優(yōu)至六級(jí)嚴(yán)重污染6；ni——級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確天數(shù)；Ni——實(shí)況AQI級(jí)別為i的總天數(shù)。首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率評(píng)估首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確判定標(biāo)準(zhǔn)如下：AQI級(jí)別為一級(jí)時(shí)，無首要污染物，不參與首要污染物預(yù)報(bào)評(píng)估；實(shí)況AQI評(píng)估時(shí)段內(nèi)首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的天數(shù)與評(píng)估總天數(shù)的百分比即為首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，計(jì)算公式如下：NPci??=n×1樈樈% （7）N式中：Pci??——首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；n——首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的天數(shù)；N——實(shí)況AQI級(jí)別為二級(jí)及以上的總天數(shù)。重污染天預(yù)報(bào)性能評(píng)估重污染天預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率以自然日（0-23時(shí)）為判據(jù)，將日AQI大于200定義為重污染天。一年內(nèi)實(shí)況重污染天數(shù)大于等于5天時(shí)，可進(jìn)行重污染預(yù)報(bào)性能評(píng)估。重污染天預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是指實(shí)況為重污染的總天數(shù)中AQI級(jí)別預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的天數(shù)所占的百分比，計(jì)算公式如下：HAPR=nN實(shí)況

×1樈樈% （8）式中：HA