[发明专利]基于四维变分同化的VOCs排放源清单动态反演方法

说明书

本发明公布了一种基于四维变分同化的VOCs排放源清单动态反演方法，根据分布在不规则观测点上的气象观测资料得到规则网格点上的大气变量分析值，通过变分方法得到后验权重和分析增量，再得到优化调整后的排放源清单。包括建立针对生态环境部地面监测数据的VOCs观测算子，研发VOCs相关的伴随算子和相应的最优化算法，改进WRF‑CUACE伴随模型v1.0和WRF‑CUACE‑4DVar排放源清单动态反演系统，实现VOCs排放源清单的近实时优化反演，解决目前VOCs观测数据稀少导致的源清单订正难的问题，改进排放源清单的滞后性和不确定性。本发明基于逆向大气化学伴随模型的四维变分资料同化方法进行VOCs排放源清单动态反演，属于排放源清单反演与空气质量数值天气预报技术领域。

技术领域

本发明提供一种VOCs(挥发性有机物)排放源清单的近实时动态反演优化方法技术，具体涉及一种基于四维变分资料同化的VOCs排放源清单动态反演方法，基于逆向大气化学伴随模型的四维变分资料同化方法进行VOCs排放源清单动态反演，属于排放源清单反演与空气质量数值天气预报技术领域。

背景技术

在数值天气预报技术领域，四维变分同化系统建立在伴随模型的基础上，而伴随模型是依赖于正向数值天气预报模型的逆向模式。现有的大气化学伴随模型技术包括了文献(Quantification of SO2Emission Variations and the Corresponding PredictionImprovements Made by Assimilating Ground-Based Observations，Atmosphere，2022年第13卷)中记载的新一代化学天气系统的伴随模型(WRF-CUACE-ADJ)，以及采用与之匹配的四维变分同化系统(WRF-CUACE-4DVar)实现了SO₂和NO₂的同化反演。目前，采用上述现有技术只能实现常规气体污染物SO₂和NO₂的反演，而无法实现对挥发性有机物即VOCs的反演。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于四维变分同化的VOCs(挥发性有机物)排放源清单动态反演方法，自主研发了基于并行计算的WRF-CUACE-4DVar四维变分同化系统，包括建立了针对生态环境部地面监测数据的VOCs观测算子，研发了VOCs相关的伴随算子和相应的最优化算法，改进了WRF-CUACE伴随模型v1.0和WRF-CUACE-4DVar排放源清单动态反演系统。本发明实现了VOCs排放源清单的近实时优化反演，解决了目前VOCs观测数据稀少导致的源清单订正难的问题，改进了排放源清单的滞后性和不确定性，具体实施中提升了空气质量模型对O₃和PM_2.5的预报和模拟效果。

为方便起见，本发明定义以下术语名称：

WRF：Weather Research and Forecasting model，气象研究与预报模式；

CUACE:China Meteorological Administration Unified AtmosphericChemistry Environment，中国气象局化学天气模型；

WRF-CUACE:Weather Research and Forecasting model coupled with ChinaMeteorological Administration Unified Atmospheric Chemistry Environment，与WRF耦合的正向中国气象局化学天气模型；

WRF-CUACE-ADJ:The adjoint model of WRF-CUACE，与WRF耦合的逆向中国气象局化学天气模型的伴随代码；

WRF-CUACE伴随模型v1.0:与WRF耦合的中国气象局化学天气伴随模型(第一版)，包含WRF-CUACE与WRF-CUACE-ADJ；