[发明专利]一种空间大气臭氧短临预警系统

说明书

本发明公开了一种空间大气臭氧短临预警系统，属于大气监测技术领域，所述一种空间大气臭氧短临预警系统包括局地臭氧边界识别系统，用于通过梯度算法收敛并反馈空间大气臭氧由于近地面污染排放产生的分布范围和分布强度；高空大气臭氧识别系统，所述高空大气臭氧识别系统包括高空大气臭氧输入识别系统和空间大气臭氧残留团识别系统；空间大气臭氧浓度预警实时计算系统，用于输出实时距地面最近的高度处大气臭氧的预警浓度；以及空间大气臭氧预警结果校正系统，具有可操作性及适用性强、符合实际、节约成本和精准预警的优点。

技术领域

本发明涉及大气监测技术领域，具体是涉及一种空间大气臭氧短临预警系统。

背景技术

臭氧是大气中化学性质活泼的微量气体，同时也是氧化性气体的重要代表，其浓度的时空分布差异较大。臭氧具有的强氧化剂性能、温室效应以及紫外吸收功能对全球系统的气候、生态、环境等具有重要意义和影响。近年来，随着我国经济的快速增长和城市化进程的不断加速，我国大气环境呈现复合型污染，以煤为主的能源结构造成的煤烟型污染和由机动车排放引起的光化学污染共存和相互耦合，在城市和区域大气环境中，细颗粒物和臭氧浓度升高。平流层的臭氧减少而对流层的臭氧含量增加的趋势逐年加剧，引起了广泛关注，并且频发的区域性臭氧污染问题也已愈来愈严重。

然而，臭氧污染防治却面临困难，这主要源于两个方面：第一，臭氧的大气寿命较长，可以远距离传输，形成区域性污染，控制臭氧污染必须厘清不同区域间的相互贡献，实行区域联防联控；第二，臭氧的化学生成机制复杂，与前体物(NOx和VOCs)的关系呈非线性，削减臭氧前体物排放需要符合一定的科学比例且因地制宜，不合理的减排反而可能导致局地臭氧污染加重。上述这两个方面的难题，均为空间大气臭氧的预警提出了挑战。因此，为制定有效的臭氧预警方案必须弄清楚区域传输和本地生成的相对贡献，臭氧与前体物的关系。

目前我们采用的是区域大气污染预报模式系统和近地面大气臭氧在线监测系统。臭氧和PM2.5作为大气的二次污染物，是多种物种在复杂非线性物理化学过程以及不同相态热动力平衡作用产物，通过进行建立污染物浓度以及前提污染源排放非线性关系，对大气中二次污染物等进行浓度的定量预报成为对空气的质量预警的一个比较大的问题，另外，在区域大气污染预报预警技术中，通过对大气化学资料同化技术的科学应用也是比较关键的，然而大气化学资料的获取以及质量的保障使得区域大气污染预报预警误差大的一个重要来源。虽然，我国已经初步建立了大气化学资料同化系统，但是由于优化关键预报因子、动态优化污染物浓度长、跨物种优化的资料同化方案等相关内容没有及时完善，导致区域大气一次以及二次污染物预报准确率提升较为困难，尤其是大气臭氧浓度的空间分布受复杂的大气化学机理影响以及受到跨界传输、沉降的影响，使得目前我国在大气臭氧空间预报上的准确率较低，对环境、气象领域的决策支撑较弱。

我国自2012年开始，已建立了较为完善的空气质量监测网络，实现了PM10、PM2.5、SO2、CO、NO2和臭氧的在线监测，但是，这些监测网络由于采用采样的方式进行分析，获取的大气污染浓度仅是距离地面20米左右高度处的数据，这对于大气污染物的空间分布的理解较为困难，更无法说清污染来源，十四五期间我国要加强PM2.5与臭氧的协同控制，目前的地面监测网络无法准确评估臭氧的变化趋势，无法为政府管理部门提供有效的预警信息，无法支撑大气污染治理。

上述两种大气臭氧预警方案存在着不同方面的不足，其中，区域大气污染预报模式系统由于强烈依赖于大气化学模式、空间气象数据、源清单数据以及硬件计算能力，这些要素要么属于不确定性较大，还有待深入的科学研究(例如大气化学模式)，要么数据的更新频率无法实时，有的依然是过去数据的数据库(例如源清单数据)，这些均是空间大气臭氧的预警困难来源，目前，建立支撑一个地市级的区域大气污染预警预报模式系统资金投入过大也是该技术的缺点之一。

地面观测网络由于代表性严重不足，加之空间大气臭氧的强氧化性，在大气中的运动、化学转化较为剧烈，仅依赖地面在线点式仪器无法反映大气臭氧受外界跨界传输、大气残留层输运等因素的影响，进而无法实时、准确支撑空间大气臭氧的预警。