中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)

HJ1130—2020

環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報技術(shù)規(guī)范

Technicalguidelinefornumericalforecastingofambientairquality

（發(fā)布稿）

本電子版為發(fā)布稿，請以中國環(huán)境出版集團(tuán)出版的正式標(biāo)準(zhǔn)文本為準(zhǔn)。

前言

為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，保護(hù)生

態(tài)環(huán)境，保障人體健康，規(guī)范環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報工作，制定本標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式基本要求、運(yùn)算處理、效果評估方法等內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于指導(dǎo)全國生態(tài)環(huán)境部門的環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報。

本標(biāo)準(zhǔn)為首次發(fā)布。

本標(biāo)準(zhǔn)由生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測司、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)司組織制訂。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國環(huán)境監(jiān)測總站、中國科學(xué)院大氣物理研究所、南京大學(xué)、上海市

環(huán)境監(jiān)測中心、廣東省環(huán)境監(jiān)測中心、北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心。

本標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)環(huán)境部2020年05月15日批準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)自2020年08月15日起實(shí)施。

本標(biāo)準(zhǔn)由生態(tài)環(huán)境部解釋。

ii

環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報技術(shù)規(guī)范

1適用范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式基本要求、運(yùn)算處理和效果評估方法等內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于全國生態(tài)環(huán)境部門的環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)化數(shù)值預(yù)報，用于規(guī)范和指導(dǎo)業(yè)務(wù)

化應(yīng)用的環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式，對其基本性能、組成和模擬效果等方面作出規(guī)定。

2規(guī)范性引用文件

本標(biāo)準(zhǔn)引用了下列文件或其中的條款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本適用于本

標(biāo)準(zhǔn)。

GB3095環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

HJ633環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式numericalforecastingmodelforambientairquality

基于大氣污染物形成過程中的基本物理和化學(xué)原理，采用數(shù)值計算方法模擬大氣污染物

的排放、擴(kuò)散、輸送、化學(xué)反應(yīng)、清除等物理和化學(xué)過程，從而預(yù)測空氣質(zhì)量狀況的系統(tǒng)。

3.2

環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報numericalforecastingofambientairquality

利用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式，對大氣中的主要污染物濃度及時空變化進(jìn)行預(yù)報，預(yù)

測城市和區(qū)域等環(huán)境空氣質(zhì)量狀況和潛在污染過程，為公眾的日常生活和生產(chǎn)活動提供指導(dǎo)

和服務(wù)，為管理部門采取應(yīng)對措施提供科學(xué)依據(jù)。

3.3

模式污染源清單model-readypollutantemissioninventory

基于大氣污染物源排放清單和源清單處理模式，結(jié)合人口和交通路網(wǎng)等地理信息數(shù)據(jù)，

按照不同類型排放源的時間分配和化學(xué)組成，根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式的時空分辨率

和化學(xué)機(jī)制要求，處理獲得的網(wǎng)格化源排放數(shù)據(jù)。

3.4

大氣化學(xué)資料同化atmosphericchemicaldataassimilation

1

基于最優(yōu)估計理論，利用模式狀態(tài)變量的時空演變規(guī)律和物理化學(xué)屬性的持續(xù)約束，將

多源大氣化學(xué)成分觀測信息不斷融入到環(huán)境空氣質(zhì)量模式系統(tǒng)中，以更加精確地估計或預(yù)測

未知變量，減小不確定性的方法。

4環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式基本要求

4.1空間尺度范圍

4.1.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式應(yīng)客觀反映一定空間范圍內(nèi)的環(huán)境空氣質(zhì)量水平和變化

規(guī)律，模式所應(yīng)用的空間尺度范圍可分為全球尺度、大陸尺度、區(qū)域尺度和城市尺度。

4.1.2大陸尺度覆蓋東亞地區(qū)，空間范圍通常為900萬平方公里以上。

4.1.3區(qū)域尺度覆蓋城市群，空間范圍通常為100～900萬平方公里。

4.1.4城市尺度覆蓋城市及其周邊區(qū)域，空間范圍通常為100萬平方公里以下。

4.2空間分辨率

4.2.1環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式計算區(qū)域的水平分辨率，全球尺度不低于經(jīng)度1o緯度1

o，大陸尺度不低于50公里×50公里，區(qū)域尺度不低于15公里×15公里，城市尺度不低于

5公里×5公里。

4.2.2模式計算區(qū)域的垂直層數(shù)不少于10層，其中近地面1公里內(nèi)垂直層數(shù)不少于5層。

4.2.3模式污染源清單空間分辨率應(yīng)與數(shù)值預(yù)報模式計算區(qū)域的空間分辨率一致。

4.3預(yù)報時長

4.3.1全球和大陸尺度模式計算的預(yù)報時長不少于7天。

4.3.2區(qū)域尺度模式計算的預(yù)報時長不少于7天。

4.3.3城市尺度模式計算的預(yù)報時長不少于5天。

4.4預(yù)報輸出時間間隔

環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式相鄰兩次模擬結(jié)果輸出的時間間隔應(yīng)在1小時（含）以內(nèi)。

5環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式運(yùn)算處理

5.1模式污染源清單前處理

5.1.1主要目的是將大氣污染物源排放清單轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格化、逐小時的模式污染源清單。

5.1.2輸入?yún)?shù)包括區(qū)域大氣污染物源排放清單、時間和空間分配系數(shù)、化學(xué)成分譜等。

5.1.3大氣污染物源排放清單基本屬性包括基準(zhǔn)年、覆蓋范圍、排放污染物種類、排放來

源分類、時間和空間分辨率等。

5.1.4排放來源類別包含電廠、工業(yè)、交通、居民、農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)燃燒、揚(yáng)塵、天然源等。

5.1.5排放污染物種類包含細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、

氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、有機(jī)碳（OC）、黑炭（BC）、氨（NH3）、揮發(fā)性

2

有機(jī)物（VOCs）等。

5.1.6依據(jù)時間和空間分配系數(shù)對大氣污染物源排放清單進(jìn)行時間和空間分配，包含人口

密度、土地利用等空間分配因子和不同類型排放來源的月變化、周變化和日變化等時間分配

因子。

5.1.7依據(jù)化學(xué)成分譜對排放污染物進(jìn)行化學(xué)組成分配。

5.1.8如有條件，可采用動態(tài)更新的污染源清單數(shù)據(jù)。

5.2模式氣象預(yù)報場前處理

5.2.1主要目的是將氣象預(yù)報模式的原始輸出結(jié)果轉(zhuǎn)化為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式的輸

入氣象預(yù)報場，應(yīng)包括診斷分析、單位轉(zhuǎn)換、空間插值和格式轉(zhuǎn)換。

5.2.2氣象預(yù)報場基本屬性應(yīng)包括起始時刻、時間和空間范圍、時間和空間分辨率、區(qū)域

網(wǎng)格坐標(biāo)參數(shù)、邊界層方案、輻射方案、陸面過程方案和成云參數(shù)化方案等。

5.2.3氣象要素應(yīng)包括氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)、降水、云、輻射等。

5.3初始與邊界條件設(shè)置

5.3.1主要目的是為環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式提供運(yùn)行初始值和最外層模式計算區(qū)域的

邊界值。

5.3.2初始值指起始時刻模式計算區(qū)域污染物的濃度值，獲取方法有：（1）從已獲得的模

式輸出或分析資料中提取處理；（2）大氣化學(xué)資料同化；（3）設(shè)置為缺省值。

5.3.3邊界值指預(yù)報時段內(nèi)最外層模式計算區(qū)域邊界上污染物的濃度值，獲取方法有：（1）

從全球模式的預(yù)報結(jié)果中提?。唬?）設(shè)置為缺省值。

5.4大氣化學(xué)傳輸運(yùn)算

5.4.1主要目的是用數(shù)學(xué)方程組表征污染物在大氣中生消演變的物理化學(xué)過程，計算污染

物濃度的時空分布。

5.4.2輸入?yún)?shù)包括模式污染源清單、模式氣象預(yù)報場、模式初始和邊界條件以及地理經(jīng)

緯度資料等。

5.4.3主要物理化學(xué)過程應(yīng)包括排放、平流、擴(kuò)散、對流、干沉降、濕沉降、氣相化學(xué)、

液相化學(xué)、無機(jī)氣溶膠化學(xué)、有機(jī)氣溶膠化學(xué)及多相化學(xué)反應(yīng)等。

5.4.4結(jié)合計算區(qū)域地形特點(diǎn)、氣象條件、污染物排放特征等因素，設(shè)置物理化學(xué)過程關(guān)

鍵參數(shù)最優(yōu)化方案組合。

5.4.5有條件時可進(jìn)行大氣化學(xué)資料同化，用最優(yōu)插值、三維變分、四維變分、集合卡爾

曼濾波等方法，分析融合觀測數(shù)據(jù)和模式預(yù)報數(shù)據(jù)。

5.5預(yù)報產(chǎn)品輸出

5.5.1主要目的是對模式原始輸出結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、診斷分析、單位換算、網(wǎng)格坐標(biāo)和

數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等，制作空氣質(zhì)量預(yù)報產(chǎn)品。

5.5.2空氣質(zhì)量預(yù)報基本產(chǎn)品應(yīng)包括PM2.5、PM10、CO、O3、NO2、SO2等主要污染物濃度

和空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的時空分布。

3

5.5.3空氣質(zhì)量預(yù)報的可選產(chǎn)品包括顆粒物組分、污染來源貢獻(xiàn)率、污染潛勢、沙塵、氣

溶膠光學(xué)厚度等。

5.5.4氣象條件預(yù)報基本產(chǎn)品應(yīng)包括風(fēng)向、風(fēng)速、降水、氣溫、氣壓、相對濕度、輻射量、

云量的空間分布等，其他產(chǎn)品可包括邊界層高度、大氣能見度、大氣穩(wěn)定度、前后向軌跡等。

6環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式效果評估方法

6.1評估內(nèi)容

6.1.1應(yīng)用環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式時，應(yīng)對其預(yù)報效果進(jìn)行評估。

6.1.2評估對象：包括PM2.5、PM10、CO、O3、NO2、SO2濃度，AQI、AQI級別，首要污

染物。

6.1.3評估類別：包括單項(xiàng)污染物濃度預(yù)報統(tǒng)計評估、空氣質(zhì)量指數(shù)預(yù)報評估、重污染天

預(yù)報評估。

6.1.4評估時效：對空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報模式提前24小時、48小時、72小時等預(yù)報結(jié)果分

別進(jìn)行評估。

6.1.5評估周期：對環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報效果進(jìn)行季度和年度評估；如進(jìn)行月度評估，

可參照執(zhí)行本標(biāo)準(zhǔn)。

6.1.6評估所用實(shí)況數(shù)據(jù)：全國環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)日報發(fā)布的城市AQI和各項(xiàng)污染物濃度。

6.1.7預(yù)報結(jié)果處理和計算：參照GB3095和HJ633，根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)計算方法、首要

污染物確定方法和空氣質(zhì)量指數(shù)級別定義對數(shù)值預(yù)報結(jié)果進(jìn)行處理和計算。

6.2單項(xiàng)污染物濃度預(yù)報統(tǒng)計評估

6.2.1單項(xiàng)污染物濃度預(yù)報統(tǒng)計評估是指通過各項(xiàng)污染物濃度數(shù)值預(yù)報結(jié)果與實(shí)況的偏差、

誤差和相關(guān)性等方面的分析，評估數(shù)值模式對城市各項(xiàng)污染物的預(yù)報效果。評估內(nèi)容主要包

括標(biāo)準(zhǔn)化平均偏差、均方根誤差和相關(guān)系數(shù)。

6.2.2標(biāo)準(zhǔn)化平均偏差（NormalizedMeanBias,NMB）

（1）

=

式中：NMB——標(biāo)準(zhǔn)化平均