[發(fā)明專利]一種北京市冬季大氣PM2.5濃度變化預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710484048.8
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107464009A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王葉;李杰;郭曙光
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣污染物預(yù)測方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種北京市冬季大氣PM2.5濃度變化預(yù)測方法。

背景技術(shù)

大氣細(xì)顆粒物PM2.5(空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑不大于2.5μm的大氣懸浮顆粒)與人體健康狀況顯著相關(guān)，對氣候變化有著重要影響，并因其涉及二次污染和跨區(qū)域輸送而備受關(guān)注。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，吸附能力強(qiáng)，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中停留時(shí)間長，可通過呼吸道直接進(jìn)入人體肺泡甚至血液，不僅影響肺的顏色，更會損壞肺的功能，甚至引起心血管等疾病。此外，PM2.5通過散射和吸收太陽輻射，改變到達(dá)地球表面的輻射量，從而改變地面氣溫；它作為云凝結(jié)核改變云的反照率、生命期等性質(zhì)，進(jìn)而影響云的生消過程和降水效應(yīng)，甚至水循環(huán)；PM2.5還通過對太陽光的吸收和散射效應(yīng)降低能見度。因此，預(yù)測大氣PM2.5濃度變化對人類健康和全球氣候變化非常關(guān)鍵。

目前，對大氣PM2.5濃度變化預(yù)測的統(tǒng)計(jì)方法是利用線性回歸分析大氣PM2.5濃度和氣象因素，如溫度、氣壓、風(fēng)速、降水和相對濕度之間的關(guān)系，進(jìn)而做出預(yù)測。大氣PM2.5濃度與日均氣溫呈負(fù)相關(guān)，即PM2.5的濃度隨溫度的增大而減小，這主要是由于溫度升高時(shí)，上下層空氣的湍流得到加強(qiáng)，暖空氣上升，垂直方向產(chǎn)生對流交換，有利于顆粒物的稀釋擴(kuò)散，使PM2.5的濃度降低；大氣PM2.5濃度和氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)，在同一季節(jié)氣壓偏低時(shí)很容易出現(xiàn)空氣污染，氣壓較高時(shí)不容易出現(xiàn)污染；風(fēng)速和降水均對顆粒物狀態(tài)變化有較大影響，這主要是因?yàn)轱L(fēng)和降水有助于顆粒物的消散；大氣PM2.5濃度與相對濕度有顯著的正相關(guān)性，一般在高的相對濕度情況，易使得大氣中顆粒物積累而造成較重污染。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種北京市冬季大氣PM2.5濃度變化預(yù)測方法，運(yùn)用大氣氣旋波活動變化狀況來預(yù)測北京市冬季大氣PM2.5濃度變化。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案如下：

一種北京市冬季大氣PM2.5濃度變化預(yù)測方法，包括步驟如下：

1)收集構(gòu)建大氣氣旋波活動和北京市冬季大氣PM2.5回歸模型的樣本數(shù)據(jù)：歷史500百帕冬季位勢高度和北京市冬季大氣PM2.5濃度觀測數(shù)據(jù)；

2)根據(jù)歷史500百帕位勢高度計(jì)算北京市歷史大氣氣旋波活動數(shù)據(jù)；

3)根據(jù)計(jì)算出的北京市歷史大氣氣旋波活動數(shù)據(jù)和大氣PM2.5濃度觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建大氣氣旋波活動和大氣PM2.5濃度之間關(guān)系的回歸模型；

4)將未來的北京市大氣氣旋波活動變化數(shù)據(jù)代入步驟3)推算出的大氣氣旋波活動和大氣PM2.5濃度之間關(guān)系的回歸模型，預(yù)測未來北京市冬季大氣PM2.5濃度變化。

優(yōu)選地，所述的步驟2)具體為：假定北半球500百帕位勢高度q隨緯度減小，對于一個(gè)給定的值q＝Q，Q等值線向北極環(huán)繞的面積S為：

S(Q)＝∫∫_q≤Qa²cosφdλdφ

a為地球半徑，λ為經(jīng)度，φ為緯度；

定義的等效緯度

其中，大氣氣旋波由經(jīng)度和緯度組成的函數(shù)決定，為500百帕位勢高度偏離平均狀態(tài)的渦度偏差，經(jīng)度λ，緯度φ_e處的局地的大氣氣旋波定義為：

在北半球，A_s≤0，代表大氣氣旋波。

優(yōu)選地，所述的未來的北京市大氣氣旋波活動變化數(shù)據(jù)＝未來的北京市大氣氣旋波數(shù)據(jù)-歷史的北京市大氣氣旋波數(shù)據(jù)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明首先通過歷史數(shù)據(jù)來建立北京市大氣氣旋波活動和大氣PM2.5濃度的回歸模型，將該回歸模型中的大氣PM2.5濃度隨大氣氣旋波活動變化率作為大氣PM2.5濃度預(yù)測模型；再將未來北京市大氣氣旋波活動的變化量輸入大氣PM2.5濃度預(yù)測模型中得到未來大氣PM2.5濃度變化量。本發(fā)明從大氣環(huán)流角度來預(yù)測北京市未來冬季大氣PM2.5濃度的變化，可以提高大氣PM2.5濃度預(yù)測準(zhǔn)確率。

附圖說明

圖1為大氣氣旋波活動示意圖；

圖2為2008-2014年冬季平均大氣氣旋波活動示意圖；

圖3為觀測的北京市2008-2014年冬季平均大氣PM2.5和大氣氣旋波相關(guān)系數(shù)分布圖；

圖4為北京市冬季大氣PM2.5濃度和顯著相關(guān)區(qū)域的大氣氣旋波散點(diǎn)圖。

具體實(shí)施方式