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基于机器学习的大气边界层高度预测方法研究
1
作者 白嘉怡 魏伟 +1 位作者 张宏昇 车慧正 《大气科学学报》 北大核心 2025年第3期404-416,共13页
大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法--XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北... 大气边界层高度受多种气象因素影响,正确掌握大气边界层高度连续变化和演变规律具有重要意义。为解决传统技术手段获取大气边界层高度存在的时空分辨率低、误差偏大等问题,本研究基于机器学习方法--XGBoost,利用2016年1月—2019年5月北京地区长期的地面气象观测、风廓线测风雷达和探空观测数据进行训练,确定算法模型估算大气边界层高度,预测了2019年6月—2020年5月北京地区大气边界层高度。结果表明:在晴朗的白天,模型预测效果最好,与真实观测存在较高的一致性,相关系数达到0.86;夜间预测效果较差。地表温度、相对湿度、风速是对模型预测结果影响最显著的特征。预测的边界层高度呈现显著日变化,日出之后迅速发展,午后逐渐下降,夜间逐渐达到平稳;春夏季北京地区边界层高度日变化较为显著,可达1 km;秋冬季日变化幅度较小,约为700 m。总体上,XGBoost算法预测边界层高度的能力优于多元线性回归算法和支持向量回归算法。基于机器学习的边界层高度估计和预测方法避免了传统手段设置阈值带来的误差,为边界层高度连续观测和预测提供了新思路。 展开更多
关键词 XGBoost方法 机器学习 大气边界层高度 日变化
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中国区域HCFC-142b排放量模式反演研究 被引量：5
2
作者 刘钊 姚波 +5 位作者 安兴琴 周凌晞 栾天 王红阳 张根 程巳阳 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期1040-1046,共7页
利用拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART结合上甸子区域本底站在线观测HCFC-142b数据,采取自上而下的反演方法,估算了2009和2010年中国HCFC-142b的排放量分别为10.82kt/a和15.42kt/a,分别占全球HCFC-142b排放量的29.7%和45.8%.反演HCFC-142b... 利用拉格朗日粒子扩散模式FLEXPART结合上甸子区域本底站在线观测HCFC-142b数据,采取自上而下的反演方法,估算了2009和2010年中国HCFC-142b的排放量分别为10.82kt/a和15.42kt/a,分别占全球HCFC-142b排放量的29.7%和45.8%.反演HCFC-142b排放量的空间分布结果显示其排放源主要集中在京津冀、四川、山东西部以及长江中下游地区,与相关研究中自下而上方法获得的排放量分布一致.模式反演源较先验源更接近观测数据,2009年相关系数从0.38提高到0.47,2010年相关系数则从0.60提高到0.65. 展开更多
关键词 1 1-二氟-1-氯乙烷(HCFC-142b) FLEXPART模式 排放量 源反演 上甸子本底站
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大气氢氟碳化物采样分析和质量控制方法研究 被引量：3
3
作者 姚波 李培昌 +5 位作者 周凌晞 许林 周怀刚 董璠 周礼岩 石庆峰 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期1597-1601,共5页
用自组装采样系统冲洗双口不锈钢采样罐,并采集大气样品至1.36×105Pa,在实验室利用自组装气相色谱-质谱联用(GC-MS)系统分析样品,对6种主要氢氟碳化物(HFCs)分析精度为0.24%~1.02%.空白实验表明,采样-分析过程未引入污染.通过压力... 用自组装采样系统冲洗双口不锈钢采样罐,并采集大气样品至1.36×105Pa,在实验室利用自组装气相色谱-质谱联用(GC-MS)系统分析样品,对6种主要氢氟碳化物(HFCs)分析精度为0.24%~1.02%.空白实验表明,采样-分析过程未引入污染.通过压力-体积曲线对进样压力变化的影响进行了校正.回收率实验及存储实验表明,6种HFCs回收率范围为99.5%~100.4%,存储112d内HFCs浓度没有显著变化.在北京上甸子区域大气本底站采集80m梯度塔顶大气样品并分析,2个串联采样罐HFCs浓度差值范围为0.04×10-12~0.16×10-12.采样分析与同期该站GC-MS在线观测系统获得的HFCs浓度差值范围为-0.17×10-12^-0.86×10-12.本研究建立的采样-分析-质量控制方法和流程适用于大气中HFCs高精度观测. 展开更多
关键词 氢氟碳化物(HFCs) 采样 分析 质量控制
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中国地表太阳辐射再分析数据与观测的比较 被引量：16
4
作者 王丹 盛立芳 +1 位作者 石广玉 车慧正 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2012年第6期729-738,共10页
利用我国地表太阳辐射台站资料和海上观测资料与同期的NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料进行比较,检验再分析资料是否能够反映中国地区的太阳辐射特征。结果表明:1979年之前NCEP/NCAR太阳辐射资料的可信度较低,存在虚假的明显上升趋势,197... 利用我国地表太阳辐射台站资料和海上观测资料与同期的NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料进行比较,检验再分析资料是否能够反映中国地区的太阳辐射特征。结果表明:1979年之前NCEP/NCAR太阳辐射资料的可信度较低,存在虚假的明显上升趋势,1979年之后两套再分析资料的可信度均较高,在我国东部和低纬度地区的可信度好于西部和高纬度地区;由逐6 h再分析数据直接计算得到的逐日太阳辐射比实际观测偏低,剔除太阳辐射为零的情况计算逐日资料更合理。在大陆地区,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与台站太阳辐射资料的1979—2009年共31年平均误差分别为10.37 W·m^(-1)和-42.68 W·m^(-2),误差的标准差分别为12.31 W·m^(-2)和4.19 W·m^(-2);在海洋区域,NCEP/NCAR,NCEP/CFSR再分析资料与海上观测太阳辐射资料的平均误差分别为-161.19 W·m^(-2)和-179.66 W·m^(-2),误差的标准差分别为37.07 W·m^(-2)和35.36 W·m^(-2)。与大陆台站资料相比,海上观测与再分析资料的误差偏大,这可能与海上观测资料较少,限制了NCEP模式的评估和改进有关。 展开更多
关键词 地表太阳辐射 台站资料 再分析资料 数据质量
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北京PM_1中的化学组成及其控制对策思考 被引量：32
5
作者 张小曳 张养梅 曹国良 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2012年第3期257-264,共8页
通过分析北京城区2007年夏季和秋季、2008年冬季和春季4个季节PM_1中硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物和黑碳等气溶胶化学组成,结合对我国及全球主要区域PM_(10)中上述气溶胶组分及矿物气溶胶组成的评估,发现因受干旱区产生的沙尘和城市逸... 通过分析北京城区2007年夏季和秋季、2008年冬季和春季4个季节PM_1中硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物和黑碳等气溶胶化学组成,结合对我国及全球主要区域PM_(10)中上述气溶胶组分及矿物气溶胶组成的评估,发现因受干旱区产生的沙尘和城市逸散性粉尘的共同影响,整个亚洲大陆,尤其是我国的矿物气溶胶浓度与欧美国家城市区域气溶胶总和的平均值相当或更高。我国在重视控制PM_(2.5)等细粒子污染的同时,不应忽视对PM_(2.5)～PM_(10)之间粗粒子的控制力度;北京城区春、夏、秋、冬的PM_1平均质量浓度分别约为94,74,66μg·m^(-3)和91μg·m^(-3),全年平均约为81μg·m^(-3),其中有机物气溶胶约占41%,硫酸盐占16%,硝酸盐占13%,铵盐占8%,黑碳和氯化物分别占11%和3%,细矿物气溶胶约贡献7%。对于PM_(2.5)污染的控制,关键是消减PM_1中主要气溶胶粒子的排放与转化,其中对有机物的控制更为重要,尽管对于北京而言进一步污染控制的难度已经很大。从科学上来说,即使我国的控制措施能百分之百实现,也很难稳定地达到欧美国家的空气质量水平,因为我国本底矿物气溶胶的浓度较高。应进一步评估各项控制措施的适用性,并制定考虑我国人群健康状况的PM_(2.5)空气质量标准。 展开更多
关键词 PM2.5 PM1 气溶胶化学组成 细颗粒物污染控制
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江苏北部地区冬季PM_(2.5)污染天气形势分型研究 被引量：4
6
作者 史俊南 陆岳 +2 位作者 赵天良 龚山陵 张磊 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期858-863,共6页
利用2015—2019年冬季ERA5再分析资料,采用主成分分析(PCA)与K均值聚类的客观分型方法对江苏北部冬季海平面气压场进行天气形势分型,结合同期大气污染物浓度资料、地面站点气象数据,分析江苏北部地区不同天气形势下PM_(2.5)污染特征,并... 利用2015—2019年冬季ERA5再分析资料,采用主成分分析(PCA)与K均值聚类的客观分型方法对江苏北部冬季海平面气压场进行天气形势分型,结合同期大气污染物浓度资料、地面站点气象数据,分析江苏北部地区不同天气形势下PM_(2.5)污染特征,并通过地面气象要素与污染物浓度的相关性进一步探究天气形势对PM_(2.5)污染的影响。结果表明:江苏北部冬季海平面气压场可分为7种天气类型,其中良好的空气质量主要出现在冷锋前部型、高压底部型和高压环流型3种与冷高压密切相关的天气形势中,地面气象要素表现为低温、低湿与大风,有利于PM_(2.5)的扩散稀释,属于清洁型天气;在弱低压环流型、低压均压场型与高压均压场型中,PM_(2.5)污染水平较高,地面风速较低,相对湿度较高,有利于污染物的积聚与生成,属于污染型天气。 展开更多
关键词 江苏北部 客观分型 PM_(2.5) 污染 主成分分析 K均值聚类
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龙凤山大气气溶胶散射特性观测分析 被引量：5
7
作者 于大江 宋庆利 +3 位作者 孙俊英 刘建 吴艳玲 夏灿 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期765-771,共7页
利用2018年龙凤山区域大气本底站(简称龙凤山站)气溶胶散射系数、PM_(10)质量浓度及常规气象观测资料,研究了东北本底地区气溶胶散射系数的变化特征.结果表明,2018年龙凤山站3个波长下气溶胶散射系数的均值为(194.1±202.4)Mm^(-1)(... 利用2018年龙凤山区域大气本底站(简称龙凤山站)气溶胶散射系数、PM_(10)质量浓度及常规气象观测资料,研究了东北本底地区气溶胶散射系数的变化特征.结果表明,2018年龙凤山站3个波长下气溶胶散射系数的均值为(194.1±202.4)Mm^(-1)(450 nm)、(133.4±139.2)Mm^(-1)(550 nm)、(81.8±85.3)Mm^(-1)(700 nm).龙凤山地区散射系数具有明显的日变化特征,且不同季节的日变化特征具有较大区别.龙凤山地区地处相对洁净的背景地区,气溶胶散射系数水平相对较低,春季受局地及长距离风沙的影响散射系数均值较高,冬季东北地区采暖燃烧排放量比较大,大气层相对稳定,不利于气溶胶污染物的扩散,冬季气溶胶散射系数最高.夏秋季受湿沉降与植被条件的影响气溶胶散射系数最低.散射系数与PM_(10)质量浓度相关性较好,相关系数r为0.82.龙凤山PM_(10)的质量散射效率为3.6 m^(2)·g^(-1)(550 nm).2018年龙凤山PM_(10)气溶胶的散射Angstrom指数(SAE)平均值为1.96±0.25,表明在观测期间气溶胶主要是以较小的粒子主导,夏季的SAE最大,秋季的SAE最低,春季和冬季居中. 展开更多
关键词 气溶胶散射系数 龙凤山 区域本底站
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2010年长江三角洲临安本底站PM_(2.5)理化特征 被引量：22
8
作者 孟昭阳 贾小芳 +2 位作者 张仁健 俞向明 马千里 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2012年第4期424-432,共9页
2010年在代表长三角区域背景地区的浙江省临安区域大气本底站开展了对大气细粒子PM_(2.4)为期1年的地面观测,并对细粒子中水溶性离子和碳组分的季市变化特征进行了分析。临安2010年大气中PM_(2.5)质量浓度平均为(58.2±50.8)μg... 2010年在代表长三角区域背景地区的浙江省临安区域大气本底站开展了对大气细粒子PM_(2.4)为期1年的地面观测,并对细粒子中水溶性离子和碳组分的季市变化特征进行了分析。临安2010年大气中PM_(2.5)质量浓度平均为(58.2±50.8)μg·m^(-3),PM_(2.5)质量浓度季节变化明显。利用HYSPLIT4模式计算了2010年临安72 h后向轨迹,根据轨迹计算与聚类结果,结合地面观测的PM_(2.5)数据进行了分析。研究表明:临安地区因受到长江三角洲区域及偏北气流引起的污染传输影响,呈现出高细粒子水平特征。PM_(2.5)中总水溶性离子年平均质量浓度为(28.5±17.7)μg·m^(-3),占PM_(2.5)质量浓度的47%。其中,气溶胶组分SO_4~2,NO_3和NH_4所占比例最大,共占总水溶性离子的69%。PM_(2.5)中有机碳和元素碳的年平均质量浓度分别为(10.1±6.7)μg·m^(-3)和(2.4±1.8)μg·m^(-3)。有机碳和元素碳质量浓度显著相关,表明有机碳和元素碳主要来自相同的排放源。 展开更多
关键词 区域本底站 PM2.5 水溶性离子 有机碳 元素碳
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酸雨观测质量考核方法的改进与评估 被引量：5
9
作者 汤洁 贾小芳 程红兵 《气象》 CSCD 北大核心 2018年第12期1618-1627,共10页
本文汇总整理了20余年来中国气象局酸雨观测站网未知水样考核数据,对比分析了2005和2007年考核成绩评定方法和考核水样制备方法改进前后的差异,对方法改进的效果进行了评估。分析显示,改进后的方法与WMO-GAW的标准技术方法接轨,成绩评... 本文汇总整理了20余年来中国气象局酸雨观测站网未知水样考核数据,对比分析了2005和2007年考核成绩评定方法和考核水样制备方法改进前后的差异,对方法改进的效果进行了评估。分析显示,改进后的方法与WMO-GAW的标准技术方法接轨,成绩评定更加客观,考核水样pH值、电导率和化学组成与实际降水相近,更加有利于真实准确地反映台站降水测量的技术状态,对整个观测站网业务质量的不断改进提高起到了积极的促进作用。 展开更多
关键词 酸雨 观测 质量 未知样品 考核
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