空氣負(fù)氧離子預(yù)報(bào)方程及結(jié)果檢驗(yàn)

解福燕，丁 圣，王 寶

（玉溪市氣象局，云南 玉溪 653100）

0 前言

負(fù)氧離子是玉溪得天獨(dú)厚的旅游資源，為開發(fā)玉溪生態(tài)旅游提供了不可比擬的優(yōu)勢(shì)。開展負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、保護(hù)負(fù)氧離子資源，可以改善生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)生良好的環(huán)境效益，實(shí)現(xiàn)旅游業(yè)發(fā)展與環(huán)境資源保護(hù)的良性循環(huán)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，有利于提高知名度產(chǎn)生良好社會(huì)效益。

大氣環(huán)境中空氣離子濃度受地球環(huán)境的物理特性、氣候、季節(jié)、時(shí)間變化及大氣中污染物變化所影響。空氣離子的濃度、極性、大小是評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境污染程度、天氣好壞以及對(duì)人類帶來(lái)哪些影響的重要標(biāo)尺。由于各種自然條件和居住環(huán)境中激發(fā)空氣電離的能量不同，大氣溫度、濕度與氣壓的不斷變化，在各種環(huán)境中空氣負(fù)離子的數(shù)值有很大的差異。由于負(fù)氧離子在自然環(huán)境中影響因素很復(fù)雜，大量研究表明，沒(méi)有通用的預(yù)報(bào)模型和公式，不同地區(qū)需要建立本地化的預(yù)報(bào)模型。玉溪市負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行填補(bǔ)了云南省省內(nèi)的一項(xiàng)技術(shù)空白。實(shí)時(shí)發(fā)布負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)結(jié)果，有助于幫助營(yíng)銷旅游，將生態(tài)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

1 預(yù)報(bào)方程的建立

研究采用的資料為2009年5月—2014年4月玉溪市9 個(gè)縣、區(qū)及主要旅游景點(diǎn)12 臺(tái)大氣負(fù)氧離子自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀測(cè)資料及旅游景點(diǎn)自動(dòng)氣象站同步氣象要素觀測(cè)資料和行政區(qū)劃基礎(chǔ)資料，選取紅塔區(qū)城區(qū)、澄江撫仙湖祿充風(fēng)景區(qū)和通海秀山風(fēng)景區(qū)為研究對(duì)象，分別代表城區(qū)、湖泊水體和山地森林3 類不同環(huán)境，使用相關(guān)分析法分析空氣負(fù)氧離子濃度數(shù)值與空氣溫度、相對(duì)濕度、降水、蒸發(fā)、照度等的關(guān)系。選擇線性、對(duì)數(shù)、二次多項(xiàng)式、S 曲線和logistic 等多種方式進(jìn)行回歸計(jì)算，曲線擬合圖見圖1，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，選取最優(yōu)方案建立空氣負(fù)氧離子濃度預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型，并對(duì)模型進(jìn)行極值分析和檢驗(yàn)。

空氣負(fù)氧離子濃度日變化與空氣溫度總體上呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且均通過(guò)了0.01 顯著性水平的檢驗(yàn)；空氣負(fù)氧離子濃度日變化與空氣相對(duì)濕度總體呈正相關(guān)關(guān)系，也均通過(guò)了0.01 顯著性水平的檢驗(yàn)；空氣負(fù)氧離子濃度日變化與降水、蒸發(fā)、日照之間的相關(guān)關(guān)系不明顯，沒(méi)有通過(guò)0.05 顯著性水平的檢驗(yàn)。因此，影響玉溪空氣負(fù)氧離子濃度日變化的氣象因子主要是空氣溫度和相對(duì)濕度，且相對(duì)濕度與空氣負(fù)氧離子濃度的相關(guān)性更為明顯。回歸方程如下：

式中，Y 為空氣負(fù)氧離子濃度，H 為空氣相對(duì)濕度。

式中，Y 為空氣負(fù)氧離子濃度，T 為空氣溫度。

由于風(fēng)景區(qū)附近的自動(dòng)氣象站只記錄溫度和雨量要素?cái)?shù)據(jù)，缺乏濕度數(shù)據(jù)需使用溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報(bào)。

負(fù)氧離子預(yù)報(bào)方程的建立針對(duì)的是具體監(jiān)測(cè)數(shù)值，相應(yīng)等級(jí)預(yù)報(bào)是一個(gè)簡(jiǎn)單換算，負(fù)氧離子等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 負(fù)氧離子等級(jí)劃分約定值

圖1 負(fù)氧離子濃度與溫度（左）和濕度（右）的曲線擬合

2 預(yù)報(bào)結(jié)果檢驗(yàn)

檢驗(yàn)的目的是全面客觀的反映不同天氣形勢(shì)下負(fù)氧離子的預(yù)報(bào)效果。我們選擇1年內(nèi)的預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果作對(duì)比檢驗(yàn)。日預(yù)報(bào)選擇紅塔區(qū)兩湖大瀑布的春、夏、秋、冬各一個(gè)月（2014年4月，2013年8月、10月、1月）的逐日預(yù)報(bào)值進(jìn)行比較。

小時(shí)預(yù)報(bào)選擇2013年澄江祿充風(fēng)景區(qū)在晴、雨、高溫、降溫4 種天氣情況下各選一天逐時(shí)預(yù)報(bào)值進(jìn)行對(duì)比，具體當(dāng)天天氣狀況如表2 所示。

從負(fù)氧離子預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)差值（數(shù)值和等級(jí)）折線圖（圖2）可以看出：1）逐時(shí)預(yù)報(bào)誤差比逐日預(yù)報(bào)誤差小；2）等級(jí)的預(yù)報(bào)誤差小于數(shù)值的預(yù)報(bào)誤差；3）在天氣變化幅度大時(shí)，負(fù)氧離子數(shù)值的預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)值誤差較大。在天氣穩(wěn)定時(shí)，預(yù)報(bào)與監(jiān)測(cè)值誤差較小。表明，負(fù)氧離子等級(jí)預(yù)報(bào)具有較大的可信度。

3 結(jié)論

1）影響玉溪空氣負(fù)氧離子濃度變化的氣象因子主要是空氣溫度和相對(duì)濕度，且相對(duì)濕度與負(fù)氧離子濃度的相關(guān)性更為明顯。

表2 澄江祿充天氣狀況

圖2 負(fù)氧離子檢驗(yàn)折線圖（數(shù)值和等級(jí)）

2）通過(guò)預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)值作對(duì)比分析證明：負(fù)氧離子濃度預(yù)報(bào)回歸方程具有較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)結(jié)果，可以為精細(xì)化負(fù)氧離子濃度預(yù)報(bào)提供參考。

3）由于負(fù)氧離子觀測(cè)資料的年限較短，所建立的預(yù)報(bào)方程較粗略，在預(yù)報(bào)結(jié)果的檢驗(yàn)中，誤差較大的樣本可能是由于特殊天氣現(xiàn)象或天空狀況的出現(xiàn)，使預(yù)報(bào)結(jié)果的可信度產(chǎn)生較大的偏差，這也是下一階段要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。隨著觀測(cè)資料的完善和研究的不斷深入，玉溪市空氣負(fù)氧離子濃度的預(yù)報(bào)方程將會(huì)更加完善，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也會(huì)進(jìn)一步提高。

[1]王寶，張自祥，趙爽.玉溪空氣負(fù)氧離子變化特征分析[J].云南地理環(huán)境研究，2011，23（6）：92-95.

[2]王衍.城市空氣離子濃度的時(shí)空變化特征及其與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系[D].上海：上海師范大學(xué)，2006.

[3]丁圣，田云平，李成鵬.基于WEB的空氣負(fù)氧離子預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].云南科技管理，2014，27（4）：30-32.