基于多种边界层方案的天津犘犕2

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1、第２８卷第５期应用气象学报Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．５２０１７年９月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＳｅｐｔｅｍｂｅｒ２０１７蔡子颖，姚青，韩素芹，等．基于多种边界层方案的天津ＰＭ２．５集合预报试验．应用气象学报，２０１７，２８（５）：６１１６２０．ＤＯＩ：１０．１１８９８／１００１７３１３．２０１７０５０９基于多种边界层方案的天津犘犕集合预报试验２．５蔡子颖１）２）１）２）１）２）姚青韩素芹郝天依刘敬乐１）（天津市环境气象中心，天津３０００７４）２）（天津市气象科学研究所，天津３０００７４）摘要基于大气化学模式ＷＲＦ／Ｃｈｅｍ采用４种边界层方

2、案（ＹＳＵ，ＢＬ，ＭＹＪ和ＭＹＮ３）模拟２０１５年全年天津地区细颗粒物质量浓度演变趋势，分析不同边界层方案对天津地区ＰＭ２．５质量浓度模拟和预报的影响，并构建多种边界层方案的集合预报产品，以期提高天津地区ＰＭ２．５质量浓度预报效果。结果表明：大气化学模式的４种边界层方案在空气质量模拟中均有较好的适用性，ＰＭ２．５模拟值与观测值相关系数达到０．７６左右，晴空和大风天气ＢＬ方案表现较优，阴天和小风天气ＹＳＵ和ＭＹＪ方案表现优于其他两种方案，综合所有过程没有任何单一方案具有显著优势。基于上述原因，该文开展多种边界层方案的天津空气质量集合预报试验，经过对２０１５年全年模拟值分析，多边界层方案和

3、多气溶胶机制扰动的集合预报可以减小ＰＭ２．５质量浓度预报的相对误差和均方根误差，降低重污染天气预报的漏报率，提升空气质量等级预报能力，在计算资源得到保证的基础上，是一种可以提升数值模式ＰＭ２．５质量浓度预报能力的有效手段。关键词：ＷＲＦ／Ｃｈｅｍ；边界层方案；气象塔；天津当大气处于稳定层结时，高空风能不易通过湍流切引言应力传导到地面，往往使近地面呈静风特征，不利于大气污染物水平扩散。作为离人类活动最近的气大气边界层是贴近地球表面、受地面摩擦阻力层，大量的科学观测试验已围绕边界层相关问题开影响的大气区域，是地气相互作用和大气污染主要展研究，但由于其复杂性，人类对于边界层的认知依发生地，湍

4、流垂直交换是其最显著的特征。作为大然有很强的不确定性。在数值模式中边界层方案被气污染主要发生的气层，边界层对大气污染物的扩用于描述边界层物理过程，其解析大气湍流、计算边散、积累和反应影响显著，研究表明：边界层高度决界层内热量、动量和物质湍流交换，是气象模式和空［１２］［７１０］定大气污染物可以达到的混合高度，当边界层高气质量模式的重要组成部分。数值模式不同边度较低时，在近地面容易出现大气污染物的堆积；边界层参数方案对气象和污染扩散影响可以归纳为以［３］界层内湍流的强弱，直接表征大气污染物的垂直下几类：一是关于边界层局地闭合方案和非局地闭［１１１２］混合能力，当湍流较弱时，近地面的

5、大气污染物不易合方案的讨论；二是不同边界层方案对近地面［１３１７］向垂直方向混合；边界层内的温度层结与大气污染温度、风场以及降水过程的影响；三是不同边界［４６］［１８］物的扩散能力直接相关，夜间和早晨的逆温是秋层方案对大气污染扩散的影响，如杨贵成使用冬季大气污染天气多发的重要气象原因之一；边界ＷＲＦ／Ｃｈｅｍ（ＷｅａｔｈｅｒＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＦｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ层热力和动力结构对近地面水平风也有显著影响，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｍｏｄｅｌ）对兰州大学半干旱气候与环境观２０１７０１２０收到，２０１７０７０７收到再改稿。资助项目：中国气象局预报员专项（ＣＭＡＹＢＹ２０１６０

6、０５），公益性行业（环保）专项（２０１４０９００１），国家科技支撑计划（２０１４ＢＡＣ２３Ｂ０１），中国气象局“青年英才培养计划”项目通信作者，ｅｍａｉｌ：ｙａｏ．ｑｉｎｇ＠１６３．ｃｏｍ６１２应用气象学报第２８卷测站（ＳＡＣＯＬ观测站）所在地区的ＰＭ１０进行模拟，ＣＵＡＣＥ模式的集成预报产品开发，中国气象局国比较了ＹＳＵ（ＹｏｎｓｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）和ＭＹＪ（Ｍｅｌｌｏｒ家气象中心采用权重系数构建的多模式集成预报系ＹａｍａｄａＪａｎｊｉｃｓｃｈｅｍｅ）两种方案的模拟效果，发现统等。本文充分利用国家超级计算天津中心天河一ＭＹＪ模拟效果好于ＹＳＵ方案，后者模拟上层大气号超级

7、计算机计算能力，基于大气化学模式ＷＲＦ／时混合较弱，导致模拟ＰＭ１０浓度高于观测。Ｃｈｅｍ，采用４种边界层方案（ＹＳＵ，ＢＬ，ＭＹＪ和［１９］Ａｈｍａｄｏｖ等在使用ＷＲＦ／Ｃｈｅｍ模拟二次有机ＭＹＮ３）模拟２０１５年全年天津地区细颗粒物演变，碳时，显示ＭＹＮ（ＭＹＮ２．５ｌｅｖｅｌＴＫＥ）方案和以期从普遍规律上讨论不同边界层方案对天津地区［２０］ＭＹＪ方案得出的结果差异达到１０％。王颖等研ＰＭ２．５质量浓度模拟的影响，并尝试多边界层方案和究不同