一种用于区域臭氧浓度的评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于区域臭氧浓度的评估方法及系统，包括：基于污染物浓度控制方程，获取与用于表征区域臭氧浓度的O3‑

【技术实现步骤摘要】
一种用于区域臭氧浓度的评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及臭氧浓度预测
，尤其涉及一种用于区域臭氧浓度的评估方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着大气治理工作的开展和落实，以及产业结构调整的持续推进，对于PM
2.5
和PM
10
等一次污染物的治理已经得到有效控制，但臭氧(O3)等二次污染物的治理并未得到有效改善。根据统计显示，以O3为首要污染物的超标天数占总超标天数分别为41.8％、55.4％和39.3％，且大部分地区，以O3为首要污染物的超标天数占总超标天数的比例只为34.7％，表明O3已经成为影响重要区域大气环境的首要污染物，其形成机理更为复杂，污染防控难度更大。O3作为一种极其不稳定的有毒气体，其浓度上升会严重影响公众健康和社会形象，准确预报城市O3污染状况有助于建立有效的大气污染预警机制和采取灵活的控制政策减轻大气污染。
[0003]位于低纬度热带北缘，属于热带季风气候的滨海城市，近年来频受O3污染的侵害，O3已经成为制约其空气质量持续改善的主要大气污染物，由于地理位置地处热带，常年气温较高，日照时间长，太阳辐射强，气象条件较有利于光化学反应的发生；并且该地区容易受冬季风影响，使得地区污染更加复杂；目前，对于该地区的浓度预报的方法研究，主要集中于数值预报模式，而基于统计模型的浓度预报的研究较少，因此，急需设计一种用于区域臭氧浓度的评估方法及系统，进而更好地为该地区进行O3浓度预报工作，并同时提升预报质量。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种用于区域臭氧浓度的评估技术，基于污染物浓度控制，在考虑垂直边界层内各气象要素后对预报因子进行筛选，并利用MLR、SVM和BPNN算法构建O3浓度预报模型，利用观测数据对预报结果进行了检验，以期为O3污染防治提供依据和参考。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种用于区域臭氧浓度的评估方法，包括以下步骤：
[0006]基于污染物浓度控制方程，获取与用于表征区域臭氧浓度的O3‑
8h浓度相关的高空因子和地面因子，作为预报因子；
[0007]通过获取O3‑
8h浓度与高空因子的第一相关系数，以及与地面因子的第二相关系数，根据预报因子的多元性原则，进行预报因子筛选；
[0008]基于与O3‑
8h浓度正相关的第一因子，以及与O3‑
8h浓度负相关的第二因子，进行MLR建模，或，通过SVM和/或BPNN，构建臭氧浓度预测模型，通过采集待测目标区域的第一因子和/或第二因子，对待测目标区域的臭氧浓度进行评估。
[0009]优选地，在获取预报因子的过程中，污染物浓度控制方程表示为：
[0010][0011]其中，表示污染物浓度的局地变化，表示污染物的平流输送项，表示湍流输送项，S
c
表示体源项。
[0012]优选地，在获取平流输送项的过程中，根据与O3‑
8h浓度相关的1000～850hPa高空因子和地面因子，生成平流输送项。
[0013]优选地，在获取湍流输送项的过程中，根据相邻两气压层间风速差、位温差和温度差，生成湍流输送项。
[0014]优选地，在获取体源项的过程中，根据排放源，干湿沉降和化学反应，生成体源项。
[0015]优选地，在获取预报因子的过程中，获取1000～850hPa共7个层次的温度、位温、相对湿度、垂直速度、水平速度、水平速度、风速和风向，还有相邻气压间的温度差、位温差、相对湿度差和风速差，以及地面的边界层高度、地表通风系数、地面气压、总降水量、总云量和地表太阳辐射，作为预报因子。
[0016]优选地，在获取地表通风系数作为预报因子的过程中，地表通风系数表示为:
[0017]SVC＝PBLH
×
V
h
[0018]式中，SVC为地表通风系数，V
h
为1000hPa平均风速，PBLH表示边界层高度，其中，通过ERA5获取PBLH。
[0019]优选地，在获取位温θ和风向WD作为预报因子的过程中，位温表示为：
[0020][0021]其中，i表示气压高度，P
i
为对应高度的大气压强；
[0022]风向表示为：
[0023][0024]其中，U
i
和V
i
分别为对应气压高度i的水平U风速和水平V风速。
[0025]优选地，在构建臭氧浓度预测模型的过程中，构建基于TS评分、漏报率、空报率和预报偏差的组合检测模型，对模型输出结果来进行检验，其中，组合检测模型表示为：
[0026][0027][0028][0029][0030]式中，NA表示为某一O3‑
8h浓度等级预报结果和观测结果都有的情况；NB表示为某一O3‑
8h浓度等级预报结果有而观测结果无的情况；NC表示为某一O3‑
8h浓度等级预报结果无而观测结果有的情况。
[0031]本专利技术公开了一种用于区域臭氧浓度的评估系统，包括：
[0032]数据采集模块，用于基于待测目标区域的空间位置情况，根据污染物浓度控制方程，采集用于表征区域臭氧浓度的O3‑
8h浓度相关的高空因子和地面因子，作为预报因子；
[0033]因子筛选模块，通过获取O3‑
8h浓度与高空因子的第一相关系数，以及与地面因子的第二相关系数，根据预报因子的多元性原则，进行预报因子筛选；
[0034]臭氧浓度评估模块，用于基于与O3‑
8h浓度正相关的第一因子，以及与O3‑
8h浓度负相关的第二因子，进行MLR建模，或，通过SVM和/或BPNN，构建臭氧浓度预测模型，通过采集待测目标区域的第一因子和/或第二因子，对待测目标区域的臭氧浓度进行评估。
[0035]本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术实现了对于待测目标区域的臭氧浓度的实时预测，为区域臭氧污染防止提供了数据支持。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术所述的方法流程示意图；
[0039]图2为本专利技术实施例所述的O3‑
8h浓度三个统计模型预报值和观测值对比示意图；
[0040]图3为本专利技术实施例所述的O3‑
8h浓度三个统计模型预报值和观测值的相关性分布示意图。
具体实施方式
[0041]下为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：基于污染物浓度控制方程，获取与用于表征区域臭氧浓度的O3‑
8h浓度相关的高空因子和地面因子，作为预报因子；通过获取所述O3‑
8h浓度与所述高空因子的第一相关系数，以及与所述地面因子的第二相关系数，根据所述预报因子的多元性原则，进行预报因子筛选；基于与所述O3‑
8h浓度正相关的第一因子，以及与所述O3‑
8h浓度负相关的第二因子，进行MLR建模，或，通过SVM和/或BPNN，构建臭氧浓度预测模型，通过采集待测目标区域的所述第一因子和/或所述第二因子，对所述待测目标区域的臭氧浓度进行评估。2.根据权利要求1所述一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于：在获取预报因子的过程中，所述污染物浓度控制方程表示为：其中，表示污染物浓度的局地变化，表示污染物的平流输送项，表示湍流输送项，S
c
表示体源项。3.根据权利要求2所述一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于：在获取平流输送项的过程中，根据与所述O3‑
8h浓度相关的1000～850hPa高空因子和地面因子，生成所述平流输送项。4.根据权利要求3所述一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于：在获取湍流输送项的过程中，根据相邻两气压层间风速差、位温差和温度差，生成所述湍流输送项。5.根据权利要求4所述一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于：在获取体源项的过程中，根据排放源，干湿沉降和化学反应，生成所述体源项。6.根据权利要求5所述一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于：在获取预报因子的过程中，获取1000～850hPa共7个层次的温度、位温、相对湿度、垂直速度、水平速度、水平速度、风速和风向，还有相邻气压间的温度差、位温差、相对湿度差和风速差，以及地面的边界层高度、地表通风系数、地面气压、总降水量、总云量和地表太阳辐射，作为所述预报因子。7.根据权利要求6所述一种用于区域臭氧浓度的评估方法，其特征在于：在获取地表通风系数作为预报因子的过程中，所述地表通风系数表示为:SVC＝PBLH
×
V
...

【专利技术属性】
技术研发人员：符传博，唐家翔，林建兴，佟金鹤，
申请(专利权)人：海南省气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：