空氣負氧離子預報方程及結果檢驗

解福燕，丁 圣，王 寶

（玉溪市氣象局，云南 玉溪 653100）

0 前言

負氧離子是玉溪得天獨厚的旅游資源，為開發玉溪生態旅游提供了不可比擬的優勢。開展負氧離子監測預報、保護負氧離子資源，可以改善生態環境，產生良好的環境效益，實現旅游業發展與環境資源保護的良性循環，促進區域經濟發展，有利于提高知名度產生良好社會效益。

大氣環境中空氣離子濃度受地球環境的物理特性、氣候、季節、時間變化及大氣中污染物變化所影響。空氣離子的濃度、極性、大小是評價環境質量、環境污染程度、天氣好壞以及對人類帶來哪些影響的重要標尺。由于各種自然條件和居住環境中激發空氣電離的能量不同，大氣溫度、濕度與氣壓的不斷變化，在各種環境中空氣負離子的數值有很大的差異。由于負氧離子在自然環境中影響因素很復雜，大量研究表明，沒有通用的預報模型和公式，不同地區需要建立本地化的預報模型。玉溪市負氧離子監測預報系統的業務化運行填補了云南省省內的一項技術空白。實時發布負氧離子監測和準確的預報結果，有助于幫助營銷旅游，將生態優勢轉為經濟優勢。

1 預報方程的建立

研究采用的資料為2009年5月—2014年4月玉溪市9 個縣、區及主要旅游景點12 臺大氣負氧離子自動測報系統實時觀測資料及旅游景點自動氣象站同步氣象要素觀測資料和行政區劃基礎資料，選取紅塔區城區、澄江撫仙湖祿充風景區和通海秀山風景區為研究對象，分別代表城區、湖泊水體和山地森林3 類不同環境，使用相關分析法分析空氣負氧離子濃度數值與空氣溫度、相對濕度、降水、蒸發、照度等的關系。選擇線性、對數、二次多項式、S 曲線和logistic 等多種方式進行回歸計算，曲線擬合圖見圖1，對計算結果進行對比分析，選取最優方案建立空氣負氧離子濃度預測預報模型，并對模型進行極值分析和檢驗。

空氣負氧離子濃度日變化與空氣溫度總體上呈負相關關系，且均通過了0.01 顯著性水平的檢驗；空氣負氧離子濃度日變化與空氣相對濕度總體呈正相關關系，也均通過了0.01 顯著性水平的檢驗；空氣負氧離子濃度日變化與降水、蒸發、日照之間的相關關系不明顯，沒有通過0.05 顯著性水平的檢驗。因此，影響玉溪空氣負氧離子濃度日變化的氣象因子主要是空氣溫度和相對濕度，且相對濕度與空氣負氧離子濃度的相關性更為明顯。回歸方程如下：

式中，Y 為空氣負氧離子濃度，H 為空氣相對濕度。

式中，Y 為空氣負氧離子濃度，T 為空氣溫度。

由于風景區附近的自動氣象站只記錄溫度和雨量要素數據，缺乏濕度數據需使用溫度數據進行預報。

負氧離子預報方程的建立針對的是具體監測數值，相應等級預報是一個簡單換算，負氧離子等級劃分標準見表1。

表1 負氧離子等級劃分約定值

圖1 負氧離子濃度與溫度（左）和濕度（右）的曲線擬合

2 預報結果檢驗

檢驗的目的是全面客觀的反映不同天氣形勢下負氧離子的預報效果。我們選擇1年內的預報結果與實際監測結果作對比檢驗。日預報選擇紅塔區兩湖大瀑布的春、夏、秋、冬各一個月（2014年4月，2013年8月、10月、1月）的逐日預報值進行比較。

小時預報選擇2013年澄江祿充風景區在晴、雨、高溫、降溫4 種天氣情況下各選一天逐時預報值進行對比，具體當天天氣狀況如表2 所示。

從負氧離子預報數據與監測數據檢驗差值（數值和等級）折線圖（圖2）可以看出：1）逐時預報誤差比逐日預報誤差小；2）等級的預報誤差小于數值的預報誤差；3）在天氣變化幅度大時，負氧離子數值的預報與監測值誤差較大。在天氣穩定時，預報與監測值誤差較小。表明，負氧離子等級預報具有較大的可信度。

3 結論

1）影響玉溪空氣負氧離子濃度變化的氣象因子主要是空氣溫度和相對濕度，且相對濕度與負氧離子濃度的相關性更為明顯。

表2 澄江祿充天氣狀況

圖2 負氧離子檢驗折線圖（數值和等級）

2）通過預報結果與實際監測值作對比分析證明：負氧離子濃度預報回歸方程具有較準確的預報結果，可以為精細化負氧離子濃度預報提供參考。

3）由于負氧離子觀測資料的年限較短，所建立的預報方程較粗略，在預報結果的檢驗中，誤差較大的樣本可能是由于特殊天氣現象或天空狀況的出現，使預報結果的可信度產生較大的偏差，這也是下一階段要解決的重點問題。隨著觀測資料的完善和研究的不斷深入，玉溪市空氣負氧離子濃度的預報方程將會更加完善，預報準確率也會進一步提高。

[1]王寶，張自祥，趙爽.玉溪空氣負氧離子變化特征分析[J].云南地理環境研究，2011，23（6）：92-95.

[2]王衍.城市空氣離子濃度的時空變化特征及其與環境因子的相關關系[D].上海：上海師范大學，2006.

[3]丁圣，田云平，李成鵬.基于WEB的空氣負氧離子預報系統的設計與實現[J].云南科技管理，2014，27（4）：30-32.