基于氣象服務(wù)平臺(tái)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明專利屬于網(wǎng)站平臺(tái)的信息處理和氣象災(zāi)害領(lǐng)域，具體設(shè)及基于氣象服務(wù)平 臺(tái)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，我國(guó)大氣污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻，W可吸入顆粒物(PM10)、細(xì)顆粒物(PM2.5)為 特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出。為了徹底治理大氣環(huán)境污染，2013年9月份國(guó) 務(wù)院發(fā)布了《大氣污染防治計(jì)劃》，詳細(xì)規(guī)劃了大氣環(huán)境污染治理的具體措施，規(guī)定"建立監(jiān) 測(cè)預(yù)警應(yīng)急體系，妥善應(yīng)對(duì)重污染天氣"
[0003] 珠 Ξ角縣級(jí)W上城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品。雖然2013年取得了初步的進(jìn)展，但 是在業(yè)務(wù)建設(shè)過程中，明顯存在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支撐不足、預(yù)報(bào)方法不夠深入、業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)支撐 薄弱等多方面的問題，為持續(xù)推進(jìn)全國(guó)環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)，擬通過本項(xiàng)目的 投入，開展環(huán)境氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題:本發(fā)明針對(duì)目前空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)較少，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率低的特點(diǎn)，采用模 式釋用、預(yù)報(bào)訂正、檢驗(yàn)與評(píng)估方法等方法，提高對(duì)城市AQ巧旨數(shù)預(yù)報(bào)綜合展示;能夠?qū)ξ廴?物濃度和AQI指數(shù)預(yù)報(bào)指導(dǎo)產(chǎn)品進(jìn)行訂正;能夠?qū)諝赓|(zhì)量污染物濃度監(jiān)測(cè)實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行 實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供污染物濃度預(yù)報(bào)和預(yù)警功能;能夠?qū)︻A(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估等。盡可能的 提高全國(guó)氣象各級(jí)部口空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)服務(wù)能力和水平。
[0005] 技術(shù)方案:基于氣象服務(wù)平臺(tái)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，其預(yù)報(bào)方法包含W下步 驟：
[0006] 1.模式釋用：
[0007] (1-1)模式預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果:第一步，合理劃分模式誤差區(qū)間；第二步，研究大誤差個(gè) 例;第Ξ步，分析模式誤差與季節(jié)、天氣條件之間的相關(guān)性;第四步，根據(jù)上述結(jié)果確定模式 釋用方案；
[000引（1-2)大氣化學(xué)模式釋用技術(shù)
[0009]根據(jù)國(guó)家級(jí)、Ξ區(qū)域和相關(guān)省市發(fā)布環(huán)境預(yù)報(bào)的精細(xì)化需求和模式釋用技術(shù)研究 的基礎(chǔ)，對(duì)計(jì)算AQI依據(jù)的PM10、PM2.5、臭氧、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等預(yù)報(bào)結(jié)果按 照站點(diǎn)或格點(diǎn)建立不同季節(jié)/不同天氣條件下的模式動(dòng)力統(tǒng)計(jì)釋用方法，提高主要污染濃 度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度。
[0010] 2.預(yù)報(bào)訂正技術(shù)
[0011] (2-1)收集地市級(jí)W上城市6種污染物濃度長(zhǎng)時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)資料，檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?duì)6 種污染物濃度預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率；
[0012] (2-2對(duì)于不同的污染物濃度的預(yù)報(bào)結(jié)果，探尋卡曼濾波滑動(dòng)平均偏差訂正、神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)等方法分別進(jìn)行訂正，為了及時(shí)引進(jìn)大氣的最新信息，訂正時(shí)采取動(dòng)態(tài)滾動(dòng)建模；
[0013] (2-3)為了解決模式對(duì)極值模擬的偏差，探索合理有效的方法進(jìn)一步對(duì)模擬極值 進(jìn)行訂正，使其趨近真值；
[0014] (2-4)針對(duì)不同的污染物濃度，在訂正技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上，探索最佳的集合訂正方 法，得到準(zhǔn)確率較高的預(yù)報(bào)產(chǎn)品。
[0015] 3.預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作
[0016] 系統(tǒng)提供定制化、人機(jī)交互化等手段制作數(shù)據(jù)格式的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)客觀指導(dǎo)產(chǎn)品 和文本、圖形格式的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品，空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)客觀指導(dǎo)產(chǎn)品通過預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn) 品庫(kù)實(shí)現(xiàn)全國(guó)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)產(chǎn)品在各級(jí)業(yè)務(wù)平臺(tái)的共享，空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)服務(wù)產(chǎn)品則是對(duì)外 提供空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)服務(wù)。
[0017] 4.預(yù)報(bào)產(chǎn)品綜合展示
[0018] 建立國(guó)家級(jí)預(yù)報(bào)產(chǎn)品綜合展示及查詢模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)全國(guó)家級(jí)環(huán)境氣象監(jiān)測(cè)6種 。110、？12.5、502、^)2、0)、03，下同）污染物濃度落區(qū)預(yù)報(bào)產(chǎn)品和全國(guó)地市級(jí)^上城市八91 指數(shù)預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行綜合展示;實(shí)現(xiàn)對(duì)6種污染物濃度監(jiān)測(cè)實(shí)況數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間、空 間范圍、類別的查詢統(tǒng)計(jì)分析。
[0019] 5.預(yù)報(bào)產(chǎn)品分發(fā)
[0020] 通過制作的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)產(chǎn)品，，采用多種傳輸渠道，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同用戶對(duì)象分發(fā) 空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)產(chǎn)品，確保用戶準(zhǔn)時(shí)接收空氣質(zhì)量服務(wù)產(chǎn)品。
[0021] 6.預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)
[0022] W空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)AQI為重點(diǎn)，研究建立預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)評(píng)分方法與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，空氣質(zhì) 量預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)針對(duì)空氣質(zhì)量六要素（502、^2、0)、03、？110、？12.5)、491等級(jí)^及首要污 染物，一是采用統(tǒng)計(jì)指標(biāo)方法(平均偏差、平均誤差、相關(guān)系數(shù)等)建立各要素的評(píng)分方法與 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn);二是參考《氣象部口城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)質(zhì)量考核和管理暫行辦法》建立空氣質(zhì)量 24-7化預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)。其它環(huán)境氣象預(yù)報(bào)要素可參考空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)建立評(píng)分方法 與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。
[0023] 基于多種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)方法，采用下表所示：
[0024] 利用多種統(tǒng)計(jì)指標(biāo)方法對(duì)環(huán)境氣象要素24-72小時(shí)預(yù)報(bào)結(jié)果檢驗(yàn)(P是預(yù)報(bào)值，0是 觀測(cè)值）
[0025]
[00%]建立空氣質(zhì)量24h、4她與7化預(yù)報(bào)效果檢驗(yàn)?？諝赓|(zhì)量預(yù)報(bào)精確度評(píng)分按w下統(tǒng)計(jì) 模型進(jìn)行評(píng)定：
[0027] S = 0.m+0.4f 化 0.5f3
[0028] 其中：S為預(yù)報(bào)精確度評(píng)分(取1位小數(shù)），n為預(yù)報(bào)首要污染物正確性評(píng)分，f2為預(yù) 報(bào)級(jí)別正確性評(píng)分，f3為預(yù)報(bào)指數(shù)精確度評(píng)分。
[0029] (6-1)首要污染物正確性評(píng)分(fl)
[0030] 若預(yù)報(bào)的首要污染物與實(shí)況一致，則判定為首要污染物預(yù)報(bào)正確，否則為錯(cuò)誤。首 要污染物預(yù)報(bào)正確性評(píng)分按100分計(jì)算，首要污染物預(yù)報(bào)正確得100分，錯(cuò)誤得0分。
[0031] (6-2)預(yù)報(bào)級(jí)別正確性評(píng)分(f2)
[0032] 每日各種污染物級(jí)別正確性按下表評(píng)分：
[0033]
[0034] ~某日六種污染物級(jí)別精確度綜合評(píng)分取均值，按下式計(jì)算:
[0035] f2 = alGl+a2G 化 a3G3+a4G4+a5G5+a6G6
[0036] 式中：f2為預(yù)報(bào)級(jí)別正確性評(píng)分(取1位小數(shù)），01、62、63、64、65、66為六種污染物 (502、^2、0)、03、？12.5、？110)的級(jí)別精確度評(píng)分，曰1、曰2、曰3、曰4、曰5、曰6為權(quán)重系數(shù)(第一、 二污染物取值為0.35、0.25，其它污染物取值為0.1)。
[0037] (6-3)預(yù)報(bào)指數(shù)精確度評(píng)分(f3)
[0038] 城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)W空氣污染指數(shù)(AQI)的范圍值來預(yù)報(bào)空氣質(zhì)量。某日某種空 氣污染物指數(shù)預(yù)報(bào)精確度評(píng)分按下式計(jì)算：
[0039]
[0040] 化表示第i種污染物指數(shù)預(yù)報(bào)精確度評(píng)分，若化<0，則化取值為0。
[0041] 六種空氣污染物指數(shù)AQI預(yù)報(bào)精確度綜合評(píng)分取其均值，可由下式計(jì)算：
[0042] f3 = b1H1+b2肥+b3冊(cè)+b4H4+b甜5+b6冊(cè)
[0043] 式中：f3為預(yù)報(bào)指數(shù)精確度評(píng)分(取1位小數(shù)），刖、肥、冊(cè)、擬、冊(cè)、冊(cè)分別為六種污 染物的AQI指數(shù)預(yù)報(bào)精確度評(píng)分，61、62、63、64、65、66為權(quán)重系數(shù)(按照六種污染物491指數(shù) 從大到小分別取值為 0.5、0.3、0.05、0.05、0.05、0.05)。
[0044] 7.模式評(píng)估
[0045] (7-1)選擇代表性觀測(cè)站點(diǎn)，根據(jù)小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算6種主要污 染物24h、4她、72h時(shí)效濃度預(yù)報(bào)的平均偏差、均方根偏差和誤差百分位，檢驗(yàn)?zāi)Ｊ筋A(yù)報(bào)結(jié)果 的偏離情況。
[0046] (7-2)-致性評(píng)估
[0047] 選擇代表性觀測(cè)站點(diǎn)，根據(jù)小時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算6種主要污染物 24h、4化、7化時(shí)效濃度預(yù)報(bào)和觀測(cè)的相關(guān)系數(shù)，檢驗(yàn)?zāi)Ｊ筋A(yù)報(bào)的一致性。
[004引（7-3)污染落區(qū)評(píng)估
[0049] 采用目標(biāo)檢驗(yàn)方法(Object method)，評(píng)估模式對(duì)污染落區(qū)范圍的預(yù)報(bào)效果。
[0050] (7-4)超標(biāo)日/達(dá)標(biāo)日預(yù)報(bào)評(píng)估
[0051] 根據(jù)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)服務(wù)的特點(diǎn)，針對(duì)六類污染級(jí)別(優(yōu)，良，輕度污染，中度污染， 重度污染，嚴(yán)重污染），分別模式預(yù)報(bào)的命中率、空?qǐng)?bào)率、漏報(bào)率等指標(biāo)，評(píng)估模式對(duì)空氣質(zhì) 量超標(biāo)日和達(dá)標(biāo)日的預(yù)報(bào)效果。
[0化2]有益效果
[0053] 本技術(shù)方案的實(shí)施，將建成空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)，有效地提高國(guó)家氣象中屯、的空氣 質(zhì)量預(yù)報(bào)能力，并可在全國(guó)各級(jí)氣象部口推廣使用，為有關(guān)部口結(jié)合實(shí)際情況判斷空氣污 染形勢(shì)、最大程度減輕污染天氣影響提供技