中国环境科学

作者：杨旭, 樊文雁, 蔡子颖, 朱玉强, 唐颖潇, 董琪如

单位：1. 天津市环境气象中心, 天津 300074;2. 中国气象局-南开大学大气环境与健康研究联合实验室, 天津 300074;3. 天津市气象科学研究所, 天津 300074

关键词：气溶胶同化,三维变分,激光雷达,数值模拟

基金：国家自然科学基金资助项目（42130513）；天津市气象局科研项目（202229ybxm13）

针对输送型重污染过程，大气化学模式垂直模拟偏差较大，地面观测同化对污染垂直初始场改进不明显，高空输送模拟偏低的问题，以2023年1月5~6日天津地区一次重污染过程为例，通过PM2.5地面观测和气溶胶激光雷达垂直观测联合应用，发展相应的气溶胶变分同化技术，改进大气化学模式污染垂直模拟效果，服务重污染天气预报预警和成因解析.研究表明：此次重污染过程由于大气化学模式垂直模拟能力不足，导致S1发展阶段地面PM2.5增长速率和S2维持阶段的峰值浓度明显低估，垂直分布上污染层高度模拟偏低200~300m，白天输送阶段高空PM2.5浓度高于地面、夜间稳定边界层以上污染高值特征均未能有效反映；通过同化地面PM2.5观测有效实现PM2.5空间分布模拟优化，过程期间上游城市石家庄和衡水的模拟误差分别下降35.3μg/m3和77.3μg/m3，天津地面PM2.5质量浓度模拟误差下降39.7μg/m3，但地面同化对垂直分布模拟改进有限，尤其是对于输送型污染过程中PM2.5垂直分布的复杂变化，基本无法准确反映；通过增加气溶胶激光雷达PM2.5垂直观测同化，模式PM2.5垂直模拟效果进一步提升，450m左右均方根误差减小幅度最大，约19.8μg/m3.在同化时刻及临近2~3h正效果明显，后续时效中S2阶段表现更优，夜间稳定边界层以上污染高值得到有效模拟，污染层高度模拟差异减小至50~100m，低于未同化CTRL试验（200~300m）和地面同化DA_SFC试验（100~200m）；S1阶段随着时效延长垂直模拟偏差明显增加，但同化的正作用依旧存在，污染层高度模拟误差比DA_SFC试验降低幅度不低于50m.

来源：2023年第10期

《中国环境科学》期刊编辑部

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