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基于EnKF排放清单反演方法的关键影响参数评估与优化 被引量:1
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作者 郑传增 贾光林 +6 位作者 余宇帆 陆梦华 王自发 唐晓 吴煌坚 黄志炯 郑君瑜 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期4043-4051,共9页
以中国一氧化碳(CO)排放反演为例,利用敏感性分析手段评估了集合数目、局地化半径、膨胀因子、观测站点密度和观测数据时间分辨率对排放清单反演的影响.结果表明:站点密度是影响排放反演的最重要参数.在不同站点密度下,反演的中国CO排放... 以中国一氧化碳(CO)排放反演为例,利用敏感性分析手段评估了集合数目、局地化半径、膨胀因子、观测站点密度和观测数据时间分辨率对排放清单反演的影响.结果表明:站点密度是影响排放反演的最重要参数.在不同站点密度下,反演的中国CO排放总量差异可达34%.同时,站点密度还会影响排放反演对其他参数的敏感性.随着站点密度的降低,排放反演对局地化半径、集合数目和膨胀因子参数变得更为敏感,但对观测数据时间分辨率的敏感性则有所下降.因此在站点稀疏地区,局地化半径是排放反演的主要影响参数,集合数目和膨胀因子次之;但在观测站点密集地区,局地化半径和观测数据时间分辨率是主要的影响参数,而膨胀因子和集合数目的影响相对较小.该研究能够为不同尺度的排放反演开展参数优化提供借鉴.在中国CO排放反演案例(站点密度为1.55个/104km2)中,建议反演参数设置为:集合数目为50、局地化半径为100km、最大似然估计膨胀方案(MLE)、日均或小时观测数据. 展开更多
关键词 集合卡尔曼滤波(EnKF) 排放反演 参数评估 站点密度 局地化半径
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利用集合均方根卡尔曼滤波反演重庆地区SO_2源排放 被引量:4
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作者 吴钲 谢旻 +3 位作者 高阳华 芦华 赵磊 高松 《环境科学研究》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期25-33,共9页
传统的"自下而上"清单方法估算的排放清单,其数据的准确性和时效性存在较大局限.基于集合均方根卡尔曼滤波的源清单反演方法,结合WRF-CMAQ(天气研究和预报模式-公共多尺度空气质量模型)被用于对以清华大学编制的2010年MEIC(... 传统的"自下而上"清单方法估算的排放清单,其数据的准确性和时效性存在较大局限.基于集合均方根卡尔曼滤波的源清单反演方法,结合WRF-CMAQ(天气研究和预报模式-公共多尺度空气质量模型)被用于对以清华大学编制的2010年MEIC(中国多尺度排放清单模型)排放清单为基础制作的重庆地区SO_2排放源进行反演试验以解决准确性和时效性问题,试验时间段为2014年10月15—31日,重庆主城17个环境空气质量国控监测点ρ(SO_2)小时观测资料用于反演及检验.结果表明:该方法能够反演重庆地区SO_2源排放量,随着反演次数增加,基于反演排放源预报的ρ(SO_2)预报误差持续减小,反演4次后预报误差达到比较低的稳定的水平,其均方根误差均低于20μg/m^3.5次反演后SO_2源排放量用于2014年10月24—29日每天起始预报,其预报的站点、时间平均的均方根误差从100~400μg/m^3降至30μg/m^3以下.反演中应用局地化尺度减少集合取样误差影响,54与81 km两个局地化尺度反演结果对预报改善效果相当,表明主要影响重庆主城ρ(SO_2)的源排放位于主城及周边地区,也说明内源排放对重庆主城ρ(SO_2)起主要影响.反演后面源排放量主城区降幅约为30 kg/(d·km^2),周边地区减少10~20 kg/(d·km^2),主城区部分SO_2点源排放量降幅约为25 kg/(d·km^2),说明2010年MEIC排放清单高估了试验时段重庆地区的SO_2排放. 展开更多
关键词 S02 WRF-CMAQ 排放反演 集合均方根卡尔曼滤波
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多情景源排放参数反演下典型优化算法性能对比 被引量:6
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作者 毛书帅 郎建垒 +2 位作者 陈添 程水源 胡峰 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期369-376,共8页
确定排放源参数是合理处置突发大气污染事故的重要前提.不同事故(如泄漏、火灾)反演的参数(源强、位置等)存在差异,研究对比不同优化算法的估算性能对于实际事故中快速、准确估算源参数具有重要意义.基于草原SO2释放实验数据,开展了不... 确定排放源参数是合理处置突发大气污染事故的重要前提.不同事故(如泄漏、火灾)反演的参数(源强、位置等)存在差异,研究对比不同优化算法的估算性能对于实际事故中快速、准确估算源参数具有重要意义.基于草原SO2释放实验数据,开展了不同未知参数情景下典型最优化算法(遗传算法,GA;粒子群算法,PSO;粒子群-单纯形耦合算法,PSO-NM)在源参数反演中的对比研究,从反演结果的准确性、稳定性与反演时间效率等方面进行了评估.研究发现,优化算法在不同源排放参数数量下的反演性能存在明显差异.单参数源强反演情形下,GA、PSO-NM算法准确性相近(相对偏差,24.0%),均优于PSO算法(37.6%),三者均有较好的反演稳定性(变异系数<0.004);多参数反演(源强Q与位置x、y、z)情形下,PSO-NM算法反演准确性最好,GA最差,但稳定性表现与之相反;反演参数数量的增加明显影响算法反演稳定性,四维参数反演情形下PSO、GA、PSO-NM算法的源强反演变异系数比单参数反演分别高出0.50、0.12、0.29.PSO算法计算效率最高,同时,PSO-NM算法在稳定大气条件下计算时间明显增加. 展开更多
关键词 突发大气污染事故 排放参数反演 最优化算法 反演性能 高斯扩散模型 大气扩散条件
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一种基于集合最优插值的排放源快速反演方法
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作者 吴煌坚 林伟 +4 位作者 孔磊 唐晓 王威 王自发 陈松蹊 《气候与环境研究》 CSCD 北大核心 2021年第2期191-201,共11页
基于集合卡尔曼滤波的源反演方法是估计排放源、提高空气质量模拟和预报精度的有效方法。为构建排放源与污染物浓度之间的误差协方差矩阵,该方法通常需要运行几十次大气化学传输模式。庞大的计算量限制了该方法的应用,使其无法为实时预... 基于集合卡尔曼滤波的源反演方法是估计排放源、提高空气质量模拟和预报精度的有效方法。为构建排放源与污染物浓度之间的误差协方差矩阵,该方法通常需要运行几十次大气化学传输模式。庞大的计算量限制了该方法的应用,使其无法为实时预报系统快速更新排放源。本研究发展了一种基于集合最优插值的排放源反演方法。该方法使用历史集合数据构建误差协方差矩阵,仅需一次常规的空气质量模拟便可根据观测模拟差异反演排放源,从而显著降低计算量。本文使用该方法同化2015年1月全国1107个地面站点观测的CO小时浓度数据,结合2014年1月的历史集合数据集,估计2015年1月全国15 km分辨率的CO排放源。该方案反演的全国CO排放总量仅比使用2015年1月集合数据集的反演量高1%,表明历史时段与反演时段的气象条件差异对月均CO排放的影响有限。使用历史集合数据集更新的排放源再次模拟可将全国349个独立验证站点的平均低估从0.74 mg m^(−3)降至0.01 mg m^(−3),均方根误差降低18%,表明该方法可快速更新排放源并降低其不确定性。 展开更多
关键词 排放反演 集合最优插值 CO排放
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基于卫星遥感的氮氧化物排放快速反演方法比较
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作者 王思杰 林金泰 +4 位作者 孔浩 张宇航 徐呈浩 李春锦 任芳萱 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期269-278,共10页
基于对流层二氧化氮(NO_(2))垂直柱浓度卫星遥感数据,实现快速、高空间水平分辨率(5 km或更高)的氮氧化物(NO_(x)=NO+NO_(2))排放反演,可为空气污染精准治理提供及时、细致的排放数据。现有多种低计算成本的快速反演方法,如指数修正高... 基于对流层二氧化氮(NO_(2))垂直柱浓度卫星遥感数据,实现快速、高空间水平分辨率(5 km或更高)的氮氧化物(NO_(x)=NO+NO_(2))排放反演,可为空气污染精准治理提供及时、细致的排放数据。现有多种低计算成本的快速反演方法,如指数修正高斯模型、散度模型和PHLET算法,但其反演效果尚未得到充分对比分析。以2019年夏季京津冀地区为研究对象,对比了上述3种方法的反演效果,研究发现,指数修正高斯模型主要适用于点源排放,但在京津冀等排放源密集地区的反演效果较差;散度模型考虑了在预定NO_(x)大气寿命情况下的水平输送,能快速识别主要排放源位置,但存在排放低估和负排放等问题;PHLET算法考虑了水平输送、NO_(2)垂直柱浓度和NO_(x)大气寿命的非线性关系以及卫星像元不规则等因素,对排放的估计较为准确。改善风场数据、填补卫星数据缺失和改善NO_(x)化学损失估计是进一步提升排放反演质量的关键。 展开更多
关键词 卫星遥感 氮氧化物 排放快速反演 京津冀
原文传递
Effective Solution Algorithm for Tomographic Inversion of Volume Emission Rate from Satellite-based Limb Measurement
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作者 WANG Zijun CHEN Shengbo 《Chinese Geographical Science》 SCIE CSCD 2011年第5期554-562,共9页
The volume emission rate (VER) of airglow can be used to investigate atmospheric processes. Satellite-based limb measurement of atmosphere is able to obtain the VER profile of airglow with high vertical resolution. Ho... The volume emission rate (VER) of airglow can be used to investigate atmospheric processes. Satellite-based limb measurement of atmosphere is able to obtain the VER profile of airglow with high vertical resolution. However, the traditional one-dimensional retrieval techniques for VER inversion fail to retrieve horizontal structure of VER profile. Thus, the tomographic technique based on the maximum probability is applied to retrieving two-dimensional VER profile of airglow from infrared limb measurement. This technique could process the observed data with low signal-to-noise ratio caused by the observation angle of less than 180° due to the solid nature of the Earth. For saving the processing time and improving the computing speed of VER inversion, serial tables for storing the large sparse matrix for radiance simulation and a large dataset during iterative estimate of VER are presented. The index and weighting factor of line of sight (LOS) through each grid are saved in initial estimate to avoid being computed repeatedly. Furthermore, the product of observed radiance and corresponding weighting factor obtained in initial iteration is stored as weighted observed radiance for the iterative calculation subsequently. Based on the improved algorithm, the VER of airglow is inversed through the tomographic technique. The full width of half maximum (FWHM) of error is 1.78% and the offset of the peak percentage error is 0.22% after 40 iterations for final VER. Comparison of assumed and retrieved VER profiles suggests that VER can be retrieved with a bias of 15% between 10 km and 90 km above the LayerMin (6384 km from the Earth center), and with a bias of 8% for altitude from 30 km to 60 km with vertical resolution of 1 km after 40 iterations. After improvements, the computation speed of VER inversion for once can be improved by 29.6 times for 700 images of 1/3 orbit, and accordingly, the processing time will be reduced from 3 hours and 11 minutes to only 6 minutes. In conclusion, the improvements to tomographic inversion of VER of airglow proposed in this paper are effective and significant. 展开更多
关键词 volume emission rate tomographic technique limb measurement RADIANCE AIRGLOW
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