南京信息工程大学空气质量模式预报系统的技术研究

摘要

鉴于我国雾霾天气频发、空气污染事件导致的公众健康、区域能见度及对典型行业的不利影响日益严重，环境气象监测预报预警技术面临着急切需求。基于我校在中国大气科学和大气环境科学的教学研究地位，亟待开展空气质量模式研发，建立我们南京信息工程大学空气质量预报系统，为我国气象，环境，电力，航空和交通运输行业提供环境气象预报预警技术服务。
　　本文主要工作是采用计算机自动化信息技术构建南京信息工程大学空气质量模式预报系统及预报业务平台。主要关键技术环节包括1）气象(NCEP-GFS)和大气污染物(MOZART)资料前处理以及大气污染物排放源清单细化，以准备模式的气象和化学初始和边界场;2）气象-化学耦合数值模式72小时运行;3)空气质量预报产品后处理，研制了南京信息工程大学空气质量预报系统网站，网站实现了江苏省空气质量(PM2.5，PM10，O3，SO2，NO2，CO以及AQI和大气能见度)的未来72小时预报并被应用于江苏省环保厅雾霾预报预警业务。同时利用shell脚本，实现了整个空气质量预报系统自动化运行，并将可视化预警信息和预报产品向用户展示。
　　鉴于现有的排放源清单的分辨率较低，难以准确的模拟南京地区乃至江苏各地区的大气污染物变化，本文首先介绍了大气污染物排放源细化方案，按照人口分布数据和大气污染物的观测资料对排放源进行空间和时间的再分配和精细化处理;其次，基于中尺度大气化学模式WRF-Chem的物理化学过程参数化方案，优化了适用于江苏省区域的大气边界层，云降水和大气化学反应机制方案等，建立了江苏省域空气质量预报模型;最后展示了整个空气质量预报平台的技术流程。
　　为了评估2014南京青年奥运会期间的污染排放源防控效果，本文初步分析了青奥会期间及其前后(2014年8月-10月)南京信息工程大学空气质量模式系统预报产品。将预报产品中逐小时空气质量预报量(PM10，PM2.5，O3，CO，NO2，SO2)与其观测数据（http://www.pm25.in/api_doc）进行对比研究，结果表明各要素模拟值在青奥会期间(2014年8月16-25日)模拟值较观测值明显偏高，尤其是受工地排放和建筑扬尘影响的PM2.5和PM10浓度的模拟结果，而8月初和9月末各要素的模拟值都接近于观测值。在排放源并未考虑青奥减排的前提下，实际观测浓度低于模拟浓度说明政府在青奥会期间的减排措施行之有效，减排效果明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 空气污染预报模式研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 主要研究内容

第二章 NUIST空气质量预报系统平台技术

2．1 Java语言

2．2 Linux系统

2．3 Shell自动化技术

2．4 Jquery

2．5 echarts

2．6 SQLserver数据库

2．7 B／S结构

第三章 WRF-CHEM模式

3．1 WRF模式

3．1．1 边界层参数化方案

3．1．2 微物理参数化方案

3．1．3 积云对流参数化方案

3．2 WRF-CHEM模式

3．2．1 气相化学机制

3．2．2 气溶胶参数化方案

第四章 空气质量预报系统平台搭建

4．1 技术路线

4．2 技术方案

4．2．1 模式气象和大气污染物资料前处理

4．2．2 模拟区域选择

4．2．3 参数化方案选取

4．2．4 人为排放源细化方案

4．3 模式运行流程

4．4 系统运行环境

第五章 空气质量预报系统平台的计算机信息技术应用

5．1 开发工具和技术介绍

5．2 系统设计

5．2．1 系统结构设计

5．2．2 数据库设计

5．3 登录及各个模块实现

5．3．1 网站首页

5．3．2 各个模块的实现

5．3．3 自动循环播放方法

5．4 NUIST平台基本配置

第六章 2014年南京青年奥运会污染物减排效果初步评估

6．1 模式设置

6．1．1 WRF-CHEM

6．2 观测资料与采用公式

6．3 减排效果的模拟评估

6．4 结论

第七章 结论

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

作者介绍

致谢