CMA-GFS驱动长三角主要大气污染物数值预报

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作者 周广强 许建明 +3 位作者 殷长秦 毛卓成 余钟奇 瞿元昊 《中国环境科学》 北大核心 2025年第7期3593-3603,共11页

为强化区域大气环境数值预报的自主可控和对空气质量预报预警业务的支撑能力,基于华东区域大气环境数值预报系统研制了CMA-GFS驱动数值预报系统,分析了2023年7月4日~2024年7月3日长三角地区主要大气污染物的预报效果及其与NCEP-GFS和EC... 为强化区域大气环境数值预报的自主可控和对空气质量预报预警业务的支撑能力,基于华东区域大气环境数值预报系统研制了CMA-GFS驱动数值预报系统,分析了2023年7月4日~2024年7月3日长三角地区主要大气污染物的预报效果及其与NCEP-GFS和ECMWF驱动预报效果的差异.结果显示,CMA-GFS驱动预报对主要污染物具有良好的预报效果,相关系数一般超过0.7、均方根误差约为观测均值的30%~70%,不同时效的预报能力接近;不同污染物的预报效果之间存在性能差异和空间不同,北部优于南部,PM_(2.5)和O_(3)预报效果较好,PM10系统性低报而其他要素不同程度高报.CMA-GFS驱动的预报效果略优于ECMWF驱动而与NCEP-GFS驱动相当,但相互之间的差异一般不超过5%.评估结果证实了CMA-GFS应用于长三角地区空气质量数值预报的适用性,但不同表现的预报偏差表明还需要开展针对性的数值预报技术改进和应用方法研究. 展开更多

关键词 CMA-GFS 数值预报 空气质量 大气污染 WRF-Chem

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数据挖掘在空气质量数值模拟中的应用研究进展 被引量：5

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作者 王标 彭瑜 +5 位作者 王维 屠星月 杜曙明 张亚青 冉伶 张潇天 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1703-1713,共11页

近年来,数据挖掘技术被广泛用于优化空气质量数值模拟,以提升模拟精度和效率,但所用方法及其应用效果还有待梳理。因此,本文分类归纳了数据挖掘技术在优化空气质量数值模拟中的主要应用方式、优化效果和计算效率。结果表明:①此类研究... 近年来,数据挖掘技术被广泛用于优化空气质量数值模拟,以提升模拟精度和效率,但所用方法及其应用效果还有待梳理。因此,本文分类归纳了数据挖掘技术在优化空气质量数值模拟中的主要应用方式、优化效果和计算效率。结果表明:①此类研究根据应用环节分为三类。第一类是模拟结果优化法,对空气质量数值模拟的输出结果进行数据挖掘分析,从而优化预测结果;第二类是模拟过程优化法,利用数据挖掘技术对空气质量数值模拟过程中的输入参数、偏微分方程求解等进行优化;第三类是数据挖掘模型训练法,以数据挖掘技术替代空气质量数值模拟过程,直接预测空气质量。②数据挖掘技术有效提升了数值模型的预测效果和运行效率,尤其模拟结果优化法中的机器学习方法可实现PM_(2.5)、O_(3)预测浓度的RMSE分别降低65%~83%、24%~74%。③尽管数值模型时间复杂度为线性阶,优于数据挖掘,但数值模型的数据预处理量大,且需要计算比研究区域范围更大的嵌套模拟区域,而数据挖掘在矩阵计算、硬件加速方面更有优势,因此数值模型的实际计算开销可能高于数据挖掘。未来数据挖掘技术在空气质量预测模拟中的应用前景广阔,包括集成应用空气质量数值模拟和数据挖掘技术,支撑大气污染防控和决策;此外,还将引入可解释性人工智能技术,解释分析模型预测结果。 展开更多

关键词 空气质量数值模拟 数据挖掘 优化 时间复杂度

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协同考虑空气质量与热舒适度的暖通空调系统双层优化控制策略 被引量：2

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作者 裴方璇 刘云 +1 位作者 吴婷 朱继忠 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第17期151-160,共10页

暖通空调(HVAC)系统作为智能楼宇的耗能主体,实现其能耗成本与用户舒适度的灵活权衡具有重要意义。然而,并行考虑以上两种因素时,系统优化模型的耦合项增加,求解难度增大。基于学习的控制策略在模型构建上具有便捷性,但节能效果一般。... 暖通空调(HVAC)系统作为智能楼宇的耗能主体,实现其能耗成本与用户舒适度的灵活权衡具有重要意义。然而,并行考虑以上两种因素时,系统优化模型的耦合项增加,求解难度增大。基于学习的控制策略在模型构建上具有便捷性,但节能效果一般。面对以上挑战,提出协同考虑空气质量与热舒适度的HVAC系统双层优化控制策略。首先,基于RC等效电路的热动态模型和楼宇内部物理结构,精确刻画各区域温度和空气质量的耦合关系;然后,以能耗成本最低及用户舒适度最优为目标,对HVAC系统的运行策略进行优化,为解决模型的耦合问题,对HVAC系统进行双层优化控制,上层优化送风质量流量,下层优化通风率,并采用滚动优化方法修正误差;最后,在夏季制冷场景下,对不同舒适度系数下的双层优化控制结果进行分析,并与其他控制策略进行比较。结果表明,所提方法能兼顾经济性和用户舒适度。 展开更多

关键词 暖通空调系统 模型预测控制 空气质量 热舒适度 双层优化

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城市空气污染数值预报模式系统及其应用 被引量：52

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作者 韩志伟 杜世勇 +2 位作者 雷孝恩 鞠丽霞 王勤耕 《中国环境科学》 EI CAS CSSCI CSCD 北大核心 2002年第3期202-206,共5页

介绍了城市空气污染数值预报模式系统,并利用该系统对济南市空气污染进行了预报.结果表明,该系统具有较好的预报性能;预报与实测值之间有较好的相关性;空气质量级别的预报效果更好,对SO2、PM10和NO2 3项污染物的级别预报准确率分别为84.... 介绍了城市空气污染数值预报模式系统,并利用该系统对济南市空气污染进行了预报.结果表明,该系统具有较好的预报性能;预报与实测值之间有较好的相关性;空气质量级别的预报效果更好,对SO2、PM10和NO2 3项污染物的级别预报准确率分别为84.6%,83.2%和94.6%,其总体级别预报准确率达到87.5%.研究结果还显示,济南市的SO2污染已得到明显改善,机动车尾气污染相对较轻,而PM10的污染比较严重,已上升为首要污染物,其来源、扩散、转化机制及其控制措施的研究是目前济南市面临的首要问题. 展开更多

关键词 模式系统 城市空气污染 数值预报 空气质量级别 三项污染物 准确率

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东亚边界层臭氧时空分布的数值模拟研究 被引量：12

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作者 杨文夷 李杰 +4 位作者 陈焕盛 王自发 胡波 宋涛 李健军 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期1633-1641,共9页

利用嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS）对2010年东亚地区边界层臭氧（O3）的时空分布进行了数值模拟,并评估了东亚边界层光化学反应的活性.结果表明,NAQPMS 模式与观测结果较为一致,站点观测与模拟的日均值（月均值）相关系数达到... 利用嵌套网格空气质量预报模式系统（NAQPMS）对2010年东亚地区边界层臭氧（O3）的时空分布进行了数值模拟,并评估了东亚边界层光化学反应的活性.结果表明,NAQPMS 模式与观测结果较为一致,站点观测与模拟的日均值（月均值）相关系数达到0.56-0.91,模式能合理再现东亚地区地面O3的时空分布特征.东亚地区冬季边界层O3低值区出现在中国东部；春季O3浓度增加,西北太平洋沿岸地区O3浓度达60μL/m^3左右；夏季东亚中纬度35°N附近大陆地区O3由于强烈的光化学反应呈现出一浓度高值带,浓度达60μL/m^3以上；秋季东亚大部分地区O3浓度维持在40-45μL/m^3左右.夏季中国京津冀和长江三角洲部分地区光化学净生成率已超过30×10^-9/d. 展开更多

关键词 嵌套网格空气质量模式 臭氧 数值模拟

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河南省一次PM_(2.5)污染过程区域性影响数值模拟 被引量：14

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作者 郑海涛 刘建国 +4 位作者 李杰 王媛林 晏平仲 朱莉莉 王自发 《环境科学研究》 EI CAS CSSCI CSCD 北大核心 2016年第5期617-626,共10页

为了研究区域输送对河南省PM_(2.5)重污染的影响,利用中国科学院大气物理研究所自主研发的NAQPMS(嵌套网格空气质量预报)模式模拟了河南省2014年1月12─19日的一次污染事件.污染期间,河南省所有城市ρ(PM_(2.5))小时均值最大值均超过250... 为了研究区域输送对河南省PM_(2.5)重污染的影响,利用中国科学院大气物理研究所自主研发的NAQPMS(嵌套网格空气质量预报)模式模拟了河南省2014年1月12─19日的一次污染事件.污染期间,河南省所有城市ρ(PM_(2.5))小时均值最大值均超过250μg/m3,达到了严重污染水平.利用基于NAQPMS的污染源来源追踪方法评估了本地排放和区域输送的影响.结果表明:研究期间,本地排放和区域输送对河南省ρ(PM_(2.5))的平均贡献率分别达到了50.6%和49.4%.在区域输送方面,安徽省对河南省ρ(PM_(2.5))的贡献率(10.0%)最高,山西省(9.2%)、陕西省(8.5%)次之,河北省(仅2.1%)最低.分地区来看,河南省中部地区以本省累积(贡献率为61.4%,下同)为主,东部地区以安徽省(30.4%)输送为主,南部地区以本省累积(45.1%)、湖北省(14.1%)及安徽省(13.7%)输送为主,西部地区以陕西省(35.4%)输送为主,北部地区则主要以本省累积(58.1%)及山西省(20.7%)输送为主.研究表明,尽管河南省各地区同时出现高污染,但其来源不同,有必要采取区域联防联控措施. 展开更多

关键词 嵌套网格空气质量预报模式 区域性影响 PM2.5 数值模拟 河南省

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空气质量数值模式预报中资料同化的初步研究 被引量：26

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作者 崔应杰 王自发 +1 位作者 朱江 付晴艳 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2006年第5期616-626,共11页

利用嵌套网格空气质量预报模式,在对上海市环境监测中心提供的观测数据进行必要的质量控制后,采用最优插值方法对可吸入颗粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)进行资料同化。选取2004年8月1～20日做作逐日同化试验的结果表明,无论... 利用嵌套网格空气质量预报模式,在对上海市环境监测中心提供的观测数据进行必要的质量控制后,采用最优插值方法对可吸入颗粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)进行资料同化。选取2004年8月1～20日做作逐日同化试验的结果表明,无论是PM10、NO2还是SO2,其同化偏差平均值均在20μg.m-3以下,比同化前减少了至少50%;3种污染物的同化偏差小于其未同化偏差的天数均在16天以上。在大气清洁和污染两种情况下,对PM10分别作10天的同化试验表明,同化后的均方根误差均小于同化之前。此同化方法能利用观测数据较好地修正空气质量模式预报场,从而为模式提供与实际更加接近的初始场。 展开更多

关键词 大气化学 空气质量数值模式预报 资料同化 最优插值 质量控制

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区域空气质量数值预报模式CAPPS3在福建省的应用 被引量：2

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作者 王宏 石钰 +2 位作者 郑丽萍 冯宏芳 余永江 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第S1期271-275,共5页

利用区域空气质量数值预报模式CAPPS3,预报了2009年9月1日～11月30日福州市SO2、NO2、PM10的等级和浓度,将其污染物等级预报准确率、浓度预报准确率、转折性天气预报准确率、综合评分等,与人工经验预报和统计预报结果进行对比。结果表明... 利用区域空气质量数值预报模式CAPPS3,预报了2009年9月1日～11月30日福州市SO2、NO2、PM10的等级和浓度,将其污染物等级预报准确率、浓度预报准确率、转折性天气预报准确率、综合评分等,与人工经验预报和统计预报结果进行对比。结果表明:CAPPS3模式对SO2、NO2、PM10污染物等级预报准确率分别为100%、94.5%、70.3%,转折性天气预报准确率27.2%;SO2、NO2、PM10浓度预报值与监测值的线性相关系数分别为0.62、0.74、0.71;CAPPS3模式对天气形势的变化反应不灵敏,特别是相临两天污染物浓度突变时,CAPPS3的预报能力差,当天气形势稳定时,预报效果较好;CAPPS3模式污染物等级和浓度预报值偏高情况较多;模式对前日污染实况依赖性强,导致预报结果滞后;综合评分低于人工经验预报,略低于统计预报,总体预报效果较好,可提供有价值的指导预报,适合业务运行。 展开更多

关键词 CAPPS3 区域 空气质量 数值预报

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基于GA-BP神经网络的供暖期空气质量指数预测分析 被引量：10

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作者 杨云 杨毅 《陕西科技大学学报（自然科学版）》 2016年第4期171-176,186,共7页

空气质量指数(AQI)是定量描述空气质量状况的无量纲指数,其预报工作有利于减弱或预防空气严重污染事件的发生.针对冬季供暖期AQI指数的预测问题,本文提出了一种基于遗传算法优化神经网络的预测方法.以西安市环境监测站提供的数据作为研... 空气质量指数(AQI)是定量描述空气质量状况的无量纲指数,其预报工作有利于减弱或预防空气严重污染事件的发生.针对冬季供暖期AQI指数的预测问题,本文提出了一种基于遗传算法优化神经网络的预测方法.以西安市环境监测站提供的数据作为研究对象,分别建立了基于BP神经网络的AQI预测模型和基于遗传算法优化的BP神经网络AQI预测模型,并对预测结果进行了对比分析.结果表明,遗传算法优化后的神经网络(GA-BP)的预测结果在泛化能力上较BP神经网络要好,其模拟结果更接近于真实值,具有更高的精准度和精确度. 展开更多

关键词 空气质量指数 预测 BP神经网络 遗传算法 优化

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基于BP神经网络的地下管廊施工质量控制 被引量：9

10

作者 张军 王帅 张玉丽 《沈阳工业大学学报》 EI CAS 北大核心 2020年第5期595-600,共6页

为了促进工程施工质量前期控制在地下管廊工程中的应用,结合BP神经网络基本理论,提出了一种基于人、材料、机械设备、施工方法和环境五大质量影响因素(即4M1E)的量化处理方法.通过MATLAB R2014a数值仿真模拟软件实现对4M1E的量化处理,... 为了促进工程施工质量前期控制在地下管廊工程中的应用,结合BP神经网络基本理论,提出了一种基于人、材料、机械设备、施工方法和环境五大质量影响因素(即4M1E)的量化处理方法.通过MATLAB R2014a数值仿真模拟软件实现对4M1E的量化处理,建立了地下管廊施工质量前期预测模型,并对该模型结果进行了测试与验证.结果表明,模型中的预测值与期望值基本一致,证明了该模型是有效的、可靠的,进而对地下管廊施工质量前期控制有着重要的参考价值. 展开更多

关键词 地下综合管廊 BP神经网络 前期预测 模糊决策 4M1E量化处理 有限差分数值模拟 质量控制 施工优化

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基于颗粒物时空分布的街道峡谷空间形态研究——以合肥市同安街道为例 被引量：2

11

作者 王薇 代萌萌 《生态环境学报》 CSCD 北大核心 2023年第9期1632-1643,共12页

在城市化加速建设的情况下,街道峡谷已成为城市建成环境重要的空间组成部分。街道峡谷中PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度存在显著差异,建筑空间形态是其重要的影响因素。选取安徽省合肥市包河区同安街道为研究对象,监测PM_(2.5)和PM_(10)质... 在城市化加速建设的情况下,街道峡谷已成为城市建成环境重要的空间组成部分。街道峡谷中PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度存在显著差异,建筑空间形态是其重要的影响因素。选取安徽省合肥市包河区同安街道为研究对象,监测PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度变化并对其进行空气质量评价,从多维度视角出发研究街道峡谷空间形态,并对街道峡谷中下沉广场这一特殊建筑空间形态提出优化策略。结果表明,(1)街道峡谷内PM_(2.5)、PM_(10)的日均质量浓度均表现出多峰变化的特点,PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度最大值出现在8:00-9:00区间,最小值出现在13:00-14:00区间,因此建议同安街道的居民尽量避开工作日早高峰时期,在下午13:00-16:00期间出行,以减少颗粒物对健康的危害。(2)运用AQI对同安街道各监测点空气质量进行评价,结果表明其空气质量状况以优良为主,等级多分布在1级和2级。其中选点E所在的口袋公园空气质量最优,选点B所在的商业下沉广场空气质量最差。(3)各个建筑空间形态设计指标对街道峡谷PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度影响程度由大到小排序为:植被覆盖率>高宽比>建筑高度比>相对高程>建筑退界>天空开阔度。其中植被覆盖率与街道峡谷中的PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度呈显著负相关,在街道退界空间中增加绿化可以显著改善其空气质量。(4)适当提高建筑高宽比,采用底层架空以减少建筑物对近地面空气流动的阻碍作用,有利于改善街道峡谷内的空气质量。(5)街道峡谷内下沉广场的高度越深,越不利于污染物在场地内的扩散,并对空气质量带来消极影响,而适当地增加下沉广场的宽度,对提高场地内的空气质量有一定作用。该文旨在为城市街道峡谷改善环境质量提供规划策略和科学依据,为城市街道峡谷空间形态优化设计和城市交通出行提供参考依据。 展开更多

关键词 街道峡谷 颗粒物(PM_(2.5)) 空间形态 空气质量评价 下沉广场 数值模拟 优化策略

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空气质量数值预报优化方法研究 被引量：10

12

作者 赵俊日 肖昕 +2 位作者 吴涛 李彦鹏 贾红霞 《中国环境科学》 EI CAS CSSCI CSCD 北大核心 2018年第6期2047-2054,共8页

基于源清单"Nudging"修正方法和XGBoost算法对徐州市2016年12月13个监测站点的PM_(2.5)、PM_(10)、O_3、SO_2、NO_2、CO等6种污染物浓度预报值进行修正,并分析了修正前后模式预报改善效果.在源清单"Nudging"修正部... 基于源清单"Nudging"修正方法和XGBoost算法对徐州市2016年12月13个监测站点的PM_(2.5)、PM_(10)、O_3、SO_2、NO_2、CO等6种污染物浓度预报值进行修正,并分析了修正前后模式预报改善效果.在源清单"Nudging"修正部分,本文结合IDW空间插值算法对SO_2、NO_2、CO等3种污染物浓度预报值进行修正,与修正前后模拟结果相比,采用同化源模拟的预报浓度值与观测值的相关系数提高了0.06~0.27不等,平均绝对误差和均方根误差减少的幅度较为明显,平均相对偏差(MFB)和平均相对误差(MFE)均在理想水平范围内,NO_2修正效果最好,其次是SO_2和CO.基于XGBoost算法的统计修正部分,本文结合WRF气象预报要素建立统计回归模型,对6种污染物进行统计修正,经滚动修正之后,预报偏低或偏高现象得到很大的改善,除了SO_2之外,相关系数均提高到0.6~0.7左右,各项误差统计指标改进幅度非常明显.总体而言,本文采用的两种修正方法对中小尺度空气质量数值预报改进效果非常明显,反映了此优化方案的可行性和科学性. 展开更多

关键词 MODELS-3/CMAQ “nudging”修正 统计修正 数值预报优化

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基于MEA＿SVM空气质量指数预测 被引量：5

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作者 俆乔王 胡红萍 +1 位作者 白艳萍 王建中 《重庆理工大学学报（自然科学）》 CAS 北大核心 2019年第12期150-155,共6页

针对大气污染物的动态性和高时空变异性,分析了影响太原市空气质量评价的主要污染物,建立思维进化算法(MEA)与支持向量机(SVM)结合的新模型MEA_SVM,并将该模型用于空气质量指数(AQI)的预测。实验结果表明:MEA_SVM算法在保证SVM预测准确... 针对大气污染物的动态性和高时空变异性,分析了影响太原市空气质量评价的主要污染物,建立思维进化算法(MEA)与支持向量机(SVM)结合的新模型MEA_SVM,并将该模型用于空气质量指数(AQI)的预测。实验结果表明:MEA_SVM算法在保证SVM预测准确率的同时显著提高了预测速度,在预测可靠性、预测精度方面均优于遗传算法与SVM的结合方法和粒子群算法与SVM结合的方法,因此MEA_SVM算法在城市空气质量预测中有一定的实用价值。 展开更多

关键词 思维进化算法 遗传算法 粒子群算法 支持向量机 信息粒化 空气质量指数预测

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基于IFDO-LSSVM的空气质量指数预测 被引量：3

14

作者 胡进才 张菁 +2 位作者 王大龙 吕伟 欧阳文安 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第9期136-139,共4页

提出一种基于改进的适应度相关优化器优化最小二乘支持向量机(IFDO-LSSVM)的空气质量指数(AQI)预测模型。首先,利用Mapminmax函数对数据预处理,然后,在适应度相关优化器(FDO)算法中利用改进的反向学习算法产生初始群体,以提高初始群体... 提出一种基于改进的适应度相关优化器优化最小二乘支持向量机(IFDO-LSSVM)的空气质量指数(AQI)预测模型。首先,利用Mapminmax函数对数据预处理,然后,在适应度相关优化器(FDO)算法中利用改进的反向学习算法产生初始群体,以提高初始群体的质量和FDO算法收敛速度,形成IFDO算法。再利用IFDO算法优化以AQI为输出变量的LSSVM模型,得到IFDO-LSSVM预测模型。结果表明:IFDO-LSSVM模型预测精度高于FDO-LSSVM、鲸鱼优化算法(WOA)-LSSVM和粒子群优化(PSO)-LSSVM模型。 展开更多

关键词 最小二乘支持向量机 预测模型 适应度相关优化器 改进的适应度相关优化器—最小二乘支持向量机 空气质量指数

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基于改进麻雀搜索算法的空气质量指数预测 被引量：6

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作者 胡青 龚世才 胡珍 《广西科学》 CAS 北大核心 2022年第4期642-651,共10页

为更准确地预测空气质量指数(Air Quality Index, AQI),提出一种基于改进麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm, ISSA)的AQI预测模型(ISSA-BP)。利用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)的全局搜索性能对BP神经网... 为更准确地预测空气质量指数(Air Quality Index, AQI),提出一种基于改进麻雀搜索算法(Improved Sparrow Search Algorithm, ISSA)的AQI预测模型(ISSA-BP)。利用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)的全局搜索性能对BP神经网络的权值和阈值进行优化,解决传统BP神经网络在预测AQI过程中出现的收敛速度慢、易陷入局部最优等问题。同时,针对SSA在优化过程中的缺陷,引入立方映射和优化策略增强算法的全局搜索及收敛能力,进一步提高预测性能。应用ISSA-BP模型预测杭州市AQI,实验结果表明,与其他模型相比,该模型的预测精度有显著提升。本研究为大气污染防治提供了新的预测方法。 展开更多

关键词 空气质量指数预测 麻雀搜索算法 混沌映射 优化策略 BP神经网络

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