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基于动态统计预报方法的京津冀雾霾中期预报试验

张自银 赵秀娟 熊亚军 马小会

张自银, 赵秀娟, 熊亚军, 等. 基于动态统计预报方法的京津冀雾霾中期预报试验. 应用气象学报, 2018, 29(1): 57-69. DOI: 10.11898/1001-7313.20180106..
引用本文: 张自银, 赵秀娟, 熊亚军, 等. 基于动态统计预报方法的京津冀雾霾中期预报试验. 应用气象学报, 2018, 29(1): 57-69. DOI: 10.11898/1001-7313.20180106.
Zhang Ziyin, Zhao Xiujuan, Xiong Yajun, et al. The fog/haze medium-range forecast experiments based on dynamic statistic method. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(1): 57-69. DOI:  10.11898/1001-7313.20180106.
Citation: Zhang Ziyin, Zhao Xiujuan, Xiong Yajun, et al. The fog/haze medium-range forecast experiments based on dynamic statistic method. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(1): 57-69. DOI:  10.11898/1001-7313.20180106.

基于动态统计预报方法的京津冀雾霾中期预报试验

DOI: 10.11898/1001-7313.20180106
资助项目: 

国家电网公司科技项目 52010115002P

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项 IUMKY201739

北京市自然科学基金项目 8152019

北京市科委中央引导地方专项资金项目 Z161100004516018

国家自然科学基金项目 41621061

详细信息
    通信作者:

    张自银, E-mail:zzy_ahgeo@163.com

The Fog/Haze Medium-range Forecast Experiments Based on Dynamic Statistic Method

  • 摘要: 利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)数值预报产品和动态统计预报方法,对北京、天津、石家庄等14个京津冀重点城市雾霾与空气污染进行定量化的中期预报试验,包括对首要污染物PM2.5浓度和能见度的逐时定量化预报及雾霾现象的客观化判断,并对2015年10月1日-2016年11月10日试验预报效果进行了检验评估。检验结果显示:该方法对北京及周边城市未来10 d逐时和逐日能见度、PM2.5浓度及雾霾现象的预报值与观测值之间具有显著正相关系数、较高的误差减少量和TS评分等,表明基于ECMWF数值预报产品和动态统计预报方法的京津冀雾霾污染中期定量化预报技术整体上具有较高的可靠性、稳定性与预报技巧性。此外,检验指标还显示出该动态统计预报方法对能见度的预报效果要略优于PM2.5浓度预报,同时对霾的预报准确率高于对雾的预报。个例分析显示,该动态统计预报方法能提前5~6 d预报出北京地区典型持续性雾霾污染的发展过程,对持续性雾霾的提前预报预警具有较好的参考意义。
  • 图  1  逐日能见度(a)、PM2.5浓度(b)预报与观测的相关系数

    Fig. 1  Correlation coefficients of the predicted visibility and the observed visibility(a) with those of PM2.5(b) in different leading times for Beijing and the mean of 14 cities

    图  2  逐日能见度(a)、PM2.5浓度(b)预报与观测的平均偏差

    Fig. 2  The mean bias of the predicted visibility and the observed visibility(a) with that of PM2.5(b) in different leading times for Beijing and the mean of 14 cities

    图  3  逐日能见度(a)、PM2.5浓度(b)预报与观测的均方根误差

    Fig. 3  The root mean square error of the predicted and observed visibility(a) with that of PM2.5(b) in different leading times for Beijing and the mean of 14 cities

    图  4  逐日能见度(a)、PM2.5浓度(b)预报与观测的误差减少量

    Fig. 4  The predicted error reduction of visibility(a) and PM2.5(b) in different leading times for Beijing and the mean of 14 cities

    图  5  北京(a)及14个城市平均(b)的能见度预报TS评分

    Fig. 5  TS of the visibility prediction in different leading times for Beijing(a) and the mean of 14 cities(b)

    图  6  北京(a)及14个城市平均(b)的PM2.5浓度预报TS评分

    Fig. 6  TS of PM2.5 prediction in different leading times for Beijing(a) and the mean of 14 cities(b)

    图  7  2015年10月中旬雾霾过程北京城区平均PM2.5浓度(a)和能见度(b)的观测值和预报值对比

    Fig. 7  The observed and the predicted PM2.5(a) with visibility(b) during a fog/haze process in Oct 2015

    图  8  2015年11月上旬雾霾过程北京城区平均PM2.5浓度(a)和能见度(b)的观测值和预报值对比

    Fig. 8  The observed and the predicted PM2.5(a) with visibility(b) during a fog/haze process in Nov 2015

    图  9  2016年11月上旬雾霾过程北京城区平均PM2.5浓度(a)和能见度(b)的观测值和预报值对比

    Fig. 9  The observed and the predicted PM2.5(a) with visibility(b) during a fog/haze process in Nov 2016

    表  1  14个城市信息

    Table  1  Information of 14 cities

    序号 城市 纬度范围 经度范围
    1 北京 39.71°~40.11°N 116.20°~116.60°E
    2 天津 38.93°~39.33°N 117.00°~117.40°E
    3 石家庄 37.85°~38.25°N 114.31°~114.71°E
    4 保定 38.66°~39.06°N 115.28°~115.68°E
    5 济南 36.46°~36.86°N 116.81°~117.21°E
    6 太原 37.63°~38.03°N 112.35°~112.75°E
    7 大同 39.87°~40.27°N 113.11°~113.51°E
    8 呼和浩特 40.61°~41.01°N 111.50°~111.90°E
    9 张家口 40.59°~40.99°N 114.69°~115.09°E
    10 唐山 39.44°~39.84°N 117.96°~118.36°E
    11 沧州 38.10°~38.50°N 116.66°~117.06°E
    12 衡水 37.54°~37.94°N 115.48°~115.88°E
    13 邢台 36.86°~37.26°N 114.30°~114.70°E
    14 邯郸 36.40°~36.80°N 114.29°~114.69°E
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    表  2  不同预报时效的逐日能见度预报值与观测值的相关系数

    Table  2  Correlation between the predicted visibility and the observed visibility in different leading times

    城市 预报时效
    24 h 72 h 120 h 168 h 216 h
    北京 0.75 0.73 0.71 0.57 0.47
    天津 0.71 0.70 0.68 0.55 0.39
    石家庄 0.67 0.61 0.58 0.53 0.41
    保定 0.71 0.71 0.64 0.59 0.38
    济南 0.68 0.57 0.59 0.47 0.49
    太原 0.58 0.59 0.54 0.47 0.38
    大同 0.72 0.68 0.64 0.57 0.46
    呼和浩特 0.66 0.66 0.59 0.55 0.39
    张家口 0.63 0.63 0.52 0.47 0.40
    唐山 0.71 0.70 0.69 0.56 0.41
    沧州 0.66 0.61 0.45 0.31 0.27
    衡水 0.69 0.61 0.53 0.43 0.35
    邢台 0.65 0.62 0.56 0.56 0.47
    邯郸 0.64 0.53 0.44 0.32 0.32
      注:相关系数均达到0.01显著性水平。
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    表  3  不同预报时效的逐时雾和霾现象的TS评分

    Table  3  TS of fog and haze predictions in different leading times

    预报时效/h
    北京 14个城市平均 北京 14个城市平均
    24 0.30 0.20 0.14 0.17
    48 0.26 0.18 0.10 0.14
    72 0.28 0.20 0.12 0.13
    96 0.30 0.21 0.16 0.13
    120 0.30 0.21 0.20 0.14
    144 0.21 0.19 0.16 0.15
    168 0.24 0.20 0.15 0.13
    192 0.22 0.19 0.17 0.11
    216 0.18 0.17 0.07 0.07
    240 0.19 0.17 0.04 0.07
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-15
  • 修回日期:  2017-10-17
  • 刊出日期:  2018-01-31

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