武汉大气能见度与 PM2.5浓度及相对湿度关系的非线性分析及能见度预报

武汉作为中部地区高湿度代表城市，大气污染严重，霾天气多发，但有关该地区大气能见度与 PM2．5浓度及相对湿度（RH ）的定量关系尚不明确。利用2014年9月—2015年3月武汉地区逐时能见度、相对湿度及颗粒物质量浓度观测数据，研究分析了武汉大气能见度与 PM2．5浓度及相对湿度的关系，并进行能见度非线性预报初探，得到以下结论：武汉霾时数发生比例高，霾的发生和加重是能见度降低的主要原因；能见度降低伴随大量细粒子产生和累积，这是武汉大气能见度恶化的重要诱因。细颗粒物浓度与相对湿度共同影响和制约大气能见度变化，高湿高浓度时能见度显著下降，湿情景下（RH ≥40％），能见度恶化主要是由湿度增高诱使细颗粒物粒径吸湿增长导致其散射效率增大造成的。当 RH ＞90％时，能见度随湿度升高成线性递减，相对湿度每升高1％，武汉平均能见度降低0．568 km。而干情景下（RH ＜40％），能见度迅速降低的关键因素是PM2．5质量浓度升高。在城市大气细粒子污染背景下，能见度与相对湿度成非线性关系，这主要与 PM2．5对能见度的影响及吸湿性颗粒物的散射效率变化有关。PM2．5浓度与能见度成幂函数非线性关系，80％≤RH ＜90％湿度区段下相关性最强。PM2．5浓度对能见度的影响敏感阈值是随着湿度升高而减小的，干情景下能见度10 km 对应的 PM2．5浓度阈值为70μg／m3，湿情景下该阈值为18—55μg／m3。当 PM2．5质量浓度低于约40μg／m3时，继续降低 PM2．5可显著提高武汉大气能见度。预报试验表明，基于神经网络方法建立大气能见度非线性预报模型是可行的，预报能见度相关系数为0．86，均方根误差为1．9 km，能见度≤10 km 的 TS 评分为0．92。网络模型具有较高预报性能，对霾的判别有较高准确性，为衔接区域环境气象数值预报模式，建立大气能见度精细化动力统计模型提供参考依据。