新疆维吾尔自治区气象台 吐莉尼沙 830000
摘要：本文利用2017年8月31日—2018年3月30日6种污染物实况监测数据,对同时期CUACE模式的24h预报结果进行误差分析,并通过多元回归方程订正方法进行检验订正。
关键词：CUACE模式；误差分析；检验订正；乌鲁木齐市
1.24小时污染物浓度预报效果
通过对乌鲁木齐地区CUACE模式预报的2017年8月31日—2018年3月30日6种污染物浓度的24小时预报值与观测值之间的误差分析（表1）可以发现，模式24h预报时效预报的CO、NO2和SO2三个污染物的浓度值较实况观测值偏高，分别偏高1.18mg/m3、23.37μg/m3、17.47μg/m3，三者相比CUACE模式对NO2的浓度预报偏高幅度最大，平均偏差高达34.25μg/m3，对CO的浓度预报偏高幅度最小，平均偏差为1.38mg/m3。
模式24h预报时效预报的对PM2.5、PM10和O3的浓度的预报值较观测值偏低，分别偏低10.19μg/m3；40.03μg/m3、17.83μg/m3，三者相比CUACE模式对PM10的浓度预报偏低幅度最大，平均偏差为61.52μg/m3，对O3的浓度预报偏高幅度最小，平均偏差为20.77μg/m3。模式24h预报时效预报的PM10预报值与观测值的平均平方根误差MRSE较其他五种污染物都大，为86.86，说明PM10预报值与观测值的偏差幅度变化较其他五种污染物都大，预报可靠性最低，CO的MRSE最小，为1.94，可见模式对CO的预报可靠性最高。
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SO2、NO2、O3、CO六种污染物浓度的CUACE模式指导产品预报结果与实况利用最小二乘法对二者进行了线性拟合，根据二者线性拟合公式中的比例系数（表4.3）可知，CUACE系统预报的各种污染物浓度分别为观测浓度的75.47%(PM10)，78.24%(PM2.5)，111.8%（NO2），92.37%（O3），165.88%（SO2），131.63%（CO）。各主要污染物质量浓度的预报值和观测值之间的相关性较好R值都大于75%，预报值与实况值之间的变化演变趋势较为相似。其中O3的预报浓度值与实况值之间的R值最高，大于92%。但在CUACE系统预测下，SO2的预报值与观测值相关系数R最小。
2.24小时首要污染物预报效果
从CUACE模式对检验时段内24小时预报的首要污染物预报准确率来看（表2），模式对O3的预报准确率最高，达到100%，其次是PM2.5，准确率为67%，再次是NO2为56%，PM10的预报正确率最差为0，检验时段内共有57日的首要污染物为PM10，模式一天也没有预报准确。
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3.24小时AQI等级预报效果检验
检验CUACE模式对乌鲁木齐市环境空气质量等级预报，从24小时预报时效AQI等级预报检验结果来看：CUACE模式对AQI等级二级（良）的正确率最高，为44.44%，一级偏差率51.85%，在检验样本数里与二级实况偏差一级的预报值里，预报值偏低一级的日数略多于预报偏高的日数，其他偏差率只有3.7%。对AQI等级三级（中度）的预报正确率为次高，为34%，一级偏差率为40%，在检验样本数里与三级实况偏差一级的预报值里，预报值偏低一级的日数明显多于预报偏高的日数，其他偏差率为26%。
CUACE模式对AQI等级一级（优）的预报正确率在6个等级预报准确率中排位第三，为14.29%，一级偏差率为57.14%，其他偏差率为28.57%。在检验的203个样本中，共有14日AQI等级为一级，模式对这14日的预报中，1次为一级，12次为二级，1次为三级，可见CUACE模式对乌鲁木齐市AQI等级一级日数的预报值普遍比实况偏高一级。CUACE模式对AQI等级四级（中度）污染日的预报正确率在6个等级预报准确率中排位第四，为16%，一级偏差率为52%，其他偏差率为44%。在检验的203个样本中，共有24日AQI等级为四级，模式对这26日的预报中，5次预报为四级，1次预报为五级（与实况偏高一级），8次预报三级（与实况偏低一级），10次预报比实况预报偏低两个等级及以上，可见CUACE模式对乌鲁木齐市AQI等级四级污染日的预报值普遍比实况偏低一级或以上。
CUACE模式对AQI等级五级（重度）污染日的预报正确率在6个等级预报准确率中排位第五，为3.85%，一级偏差率为11.54%，其他偏差率为84.61%。在检验的203个样本中，共有26日AQI等级为五级的污染日，模式对这26日的AQI等级预报中，只有1次次预报为五级，预报正确，3次预报为四级（与实况偏低一级），22次预报比实况偏低两个等级及以上，可见CUACE模式对乌鲁木齐市AQI等级五级污染日的预报值普遍比实况明显偏低两个级别或以上。
CUACE模式对AQI等级六级（严重污染）的正确率最低，在检验的203个样本数中，有8日实况AQI等级为六级（严重污染），CUACE模式的预报的AQI等级均在三级及以下，没有一次预报正确或预报在一级以内的偏差里，CUACE模式对AQI等级六级的预报明显偏低，一级以内偏差率为0%，其他偏差率为100%。
4.污染物浓度的预报改进结果对比分析
对乌鲁木齐市2017年8月31日—2018年3月30日模式预报值和实测值的204组样本资料进行拟合分析，对6种污染物分别建立了拟合方程（表4.3），式中X1为预报污染物的CUACE模式24h预报日平均值，X2为预报污染物前一日实际浓度观测值，订正模式方程如（表4.3）。通过引入前一日的平均浓度值对CUACE模式预报结果进行订正的相关系统要高于引入前二日的实况平均浓度值，但在实际业务中，因要提前一日做次日预报，故引入预报前一日的实况浓度值在业务上实现比较困难，所以引入前二日的实况值在业务中更为可行。
采用订正模型对2017年8月31日—2018年3月30日CUACE模式指导产品进行订正，并利用2017年8月31日—2018年3月30日204个实况数据样本进行对比分析。从订正回归方程的相关系数R明显看出用多元回归方程修订后，6个主要污染物的R值均大于修订前，都达到0.85以上，说明回归方程较为合适。
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从均方根误差RMSE看，除PM10外，其余5个主要指标的均方根误差修订前均大于修订后，特别是SO2，CO和PM2.5，在订正前后差别较大，说明该修订模式对以上三种污染物的订正效果更为理想。从平均相对误差MRE看，订正前后的平均相对误差有很大差别，SO2，PM10和PM2.5的差别最大，也表明这3种污染物的订正效果最明显。
5.首要污染物的预报改进结果分析
针对CUACE模式订正后的6种污染物的浓度计算的污染物的分指数最大值对应的污染物来确定的首要污染物的客观订正，结合了主观订正，例如SO2在2014-2018年乌鲁木齐市首要污染物中没有出现过，O3在10月至次年3月没有作为乌鲁木齐市的首要污染物出现过，在乌鲁木齐市的冬半年PM2.5作为首要污染物的概率明显大于PM10等经验。综合订正结果后与未改进前作对比可见，改进后除O3预报准确率仍保持100%的同时，其他3种首要污染物的预报准确率均有提高（4%-14%），其中PM10预报正确率提升最多，由原先的0.0%提升至14%。
结语
（1）CUACE模式预报的6种污染物浓度24h预报效果优于48h和72h，在这三个时效检验中PM2.5、PM10、O33种污染物浓度的预报均偏低，CO、NO2和SO2三个污染物的浓度值较实况观测值偏高。
（2）CUACE模式预报的首要污染物24h预报效果与48h和72h相当，在检验时段内CUACE模式在O3为首要污染物时，预报准确率最高，高于80%，其次是PM2.5，再次是NO2，最差为PM10。
（3）对用对CUACE模式预报产品利用多元回归方程修订后，6个主要污染物的R值均大于修订前，都达到0.85以上，特别是SO2，CO和PM2.5三种污染物的订正效果最为理想。
（4）对6种污染物的浓度进行优化后，首要污染物和AQI等级预报正确率也相应的有所提高。首要污染物中PM10预报准确率提升最多，AQI等级预报中，五级提升最多，其他首要污染物和AQI级别的正确率都有提升。
参考文献
[1] 李曼, 张载勇, 李淑娟,等. CUACE系统在乌鲁木齐空气质量预报中的效果检验[J]. 沙漠与绿洲气象, 2014, 8(005):63-68.
[2] 何金梅, 刘抗, 王玉红,等. CUACE模式在兰州城市空气质量预报中的检验订正[J]. 干旱气象, 2017(3).
作者简介：吐莉尼沙（1986.09），女，维吾尔族，新疆博乐市人，本科，工程师，从事中短期天气预报工作。