2 0 2 1 年蚌埠市6 種空氣質量預報模式的檢驗

文/邵 琪（安徽省蚌埠生態環境監測中心）

近兩年來，隨著生態環境保護的持續推進，蚌埠市污染防治攻堅戰取得積極成效。2021 年，蚌埠市環境空氣質量優良天數為299 天，占81.9%；輕度污染54 天，占14.8%；中度污染10 天，占2.7%；重度和嚴重污染2 天（受沙塵天氣影響），占0.5%。在空氣質量持續好轉的同時，人民群眾對環境空氣質量的期望和關注度也顯著提高，環境空氣質量預報預警工作愈加受到關注。通過研究安徽省空氣質量預報預警平臺6 種空氣質量預報模式的具體預報情況，有助于進一步開展城市環境空氣質量預報，做好重污染天氣預警和重污染天氣應急響應的技術支持工作，回應人民群眾對環境空氣質量的關切。

一、6 種預報模式的基本情況

本研究針對NAQPMS、CMAQ、CAMX、WRF-Chem、集合預報、統計預報等6 種模式的預報值與實測值進行檢驗分析[1]。

蚌埠市環境空氣質量實測數據是蚌埠市區6 個國家城市環境空氣質量監測點位（工人療養院站點、百貨大樓站點、蚌埠田家炳中學站點、蚌埠學院站點、淮上區政府站點和高新區站點）的監測數據。監測項目包括二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5），按照《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）[2]及《環境空氣質量評價技術規范》（HJ 663—2013）[3]中有關標準評價，并根據各污染物濃度計算得到24 h 的平均空氣質量指數（臭氧按日最大8 h 平均）用于定量描述空氣質量狀況，即空氣質量指數(Air Quality Index，AQI)。為了方便對比，選取24 h、48 h、72 h 3 種時段的全年AQI 預報準確率和不同季節時段的24 h 的AQI 預報準確率進行檢驗。

二、檢驗結果與分析

1.全年AQI 預報檢驗

表1 給出了蚌埠市2021 年6 種模式24 h、48 h、72 h 時效的AQI 范圍預報、AQI 等級預報、首要污染物預報和實測值的百分比情況，反映預報的準確率。

從表1 可見，在24 h 時效內，蚌埠市AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是集合預報、統計預報、CMAQ，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是集合預報、CMAQ、CAMX，首要污染物準確率前三的模式分別是集合預報、統計預報、CAMX（NAQPMS 并列）。綜合來看，模式預報作為AQI 范圍預報和AQI 等級預報的重要參考依據，準確率均排在前三的集合預報、CMAQ 兩種模式更具參考價值。而首要污染物預報更多依據所處季節和氣象因素等，一段時間內較穩定，可通過和氣象局等單位聯合預報預警會商確定，人工預報準確率較高。

表1 24 h/48 h/72 h AQI 指數預報評估

在48 h 時效內，蚌埠市AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是集合預報、CMAQ、CAMX，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是CMAQ、集合預報、CAMX，首要污染物準確率前三的模式分別是集合預報、統計預報、CAMX。綜合來看，集合預報、CMAQ、CAMX 這3種模式在AQI 范圍預報和AQI 等級預報均排名前三。

在72 h 時效內，蚌埠市AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是集合預報、CMAQ、CAMX，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是CMAQ、集合預報、CAMX，首要污染物準確率前三的模式分別是集合預報、統計預報、CAMX。綜合來看，集合預報、CMAQ、CAMX 這3種模式在AQI 范圍預報和AQI 等級預報均排名前三，和48 h 時效一致。

2.各季節AQI 預報檢驗

蚌埠市各季節主要污染物呈現出一定的季節變化特征，二氧化硫、二氧化氮、顆粒物、細顆粒物、一氧化碳均在冬季出現最高值，除臭氧和二氧化硫外，其他各項污染物均在夏季出現最低值；臭氧則呈現出明顯的夏季最高、冬季最低的季節變化特征。因各模式應用模型和研究區域不同，對不同主要污染物的預報分析值存在差異，故對春季（3—5 月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11 月）、冬季（12 月—次年2 月）四季24 h 時效的AQI 預報準確率進行檢驗，為各季節空氣質量預報提供參考依據。

表2 給出了蚌埠市2021 年6 種模式春、夏、秋、冬四季24 h 時效的AQI 范圍預報準確率和AQI 等級預報準確率。

由表2 可見，春季24 h 時效內，AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是統計預報、CAMX、集合預報，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是統計預報、CMAQ、集合預報（CAMX 并列）；夏季24 h 時效內，AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是集合預報、CMAQ、統計預報，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是統計預報、集合預報（CMAQ 并列）；秋季24 h 時效內，AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是統計預報、集合預報、CMAQ，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是統計預報（集合預報并列）、CMAQ；冬季24 h時效內，AQI 范圍預報準確率前三的模式分別是集合預報（NAQPMS 并列）、統計預報，AQI 等級預報準確率前三的模式分別是集合預報、NAQPMS（CAMX 并列）。

表2 春、夏、秋、冬四季AQI 指數預報評估

綜合來看，集合預報、CMAQ、統計預報3 種模式在夏秋兩季24 h 時效的AQI 范圍預報準確率和AQI等級預報準確率均排名前三，統計預報、CAMX、集合預報在春季24 h 時效的AQI 預報方面較好，NAQPMS則是在冬季24 h 時效的AQI 預報方面比較突出。

三、結論

（1）從各模式對蚌埠市AQI 預報的整體結果來看，集合預報、CMAQ、統計預報這3 種模式在24 h 時效內的AQI 范圍預報準確率和AQI 等級預報準確率較高，在人工進行空氣質量預報過程中具有較高參考價值；集合預報、CMAQ、CAMX 這3 種模式則在48 h、72 h 時效內的AQI 預報中具有較高參考價值。

（2）在蚌埠市除冬季外的24 h 時效AQI 預報中，集合預報、CMAQ、統計預報這3 種模式在AQI 預報中準確率較高；而NAQPMS 則在以顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5）為主要污染物的冬季AQI 預報中的準確率較高，其余季節基本不具備參考價值。

（3）從各模式對蚌埠市AQI 的預報結果來看，AQI范圍預報準確率明顯低于AQI 等級預報準確率，除AQI 等級范圍較廣、較易判斷以外，仍需通過綜合分析大氣污染物積累過程和聯合氣象部門開展空氣質量預警會商，人工來進行最終分析上報，以提高AQI 范圍預報準確率。