空气负氧离子预报方程及结果检验

解福燕，丁 圣，王 宝

（玉溪市气象局，云南 玉溪 653100）

0 前言

负氧离子是玉溪得天独厚的旅游资源，为开发玉溪生态旅游提供了不可比拟的优势。开展负氧离子监测预报、保护负氧离子资源，可以改善生态环境，产生良好的环境效益，实现旅游业发展与环境资源保护的良性循环，促进区域经济发展，有利于提高知名度产生良好社会效益。

大气环境中空气离子浓度受地球环境的物理特性、气候、季节、时间变化及大气中污染物变化所影响。空气离子的浓度、极性、大小是评价环境质量、环境污染程度、天气好坏以及对人类带来哪些影响的重要标尺。由于各种自然条件和居住环境中激发空气电离的能量不同，大气温度、湿度与气压的不断变化，在各种环境中空气负离子的数值有很大的差异。由于负氧离子在自然环境中影响因素很复杂，大量研究表明，没有通用的预报模型和公式，不同地区需要建立本地化的预报模型。玉溪市负氧离子监测预报系统的业务化运行填补了云南省省内的一项技术空白。实时发布负氧离子监测和准确的预报结果，有助于帮助营销旅游，将生态优势转为经济优势。

1 预报方程的建立

研究采用的资料为2009年5月—2014年4月玉溪市9 个县、区及主要旅游景点12 台大气负氧离子自动测报系统实时观测资料及旅游景点自动气象站同步气象要素观测资料和行政区划基础资料，选取红塔区城区、澄江抚仙湖禄充风景区和通海秀山风景区为研究对象，分别代表城区、湖泊水体和山地森林3 类不同环境，使用相关分析法分析空气负氧离子浓度数值与空气温度、相对湿度、降水、蒸发、照度等的关系。选择线性、对数、二次多项式、S 曲线和logistic 等多种方式进行回归计算，曲线拟合图见图1，对计算结果进行对比分析，选取最优方案建立空气负氧离子浓度预测预报模型，并对模型进行极值分析和检验。

空气负氧离子浓度日变化与空气温度总体上呈负相关关系，且均通过了0.01 显著性水平的检验；空气负氧离子浓度日变化与空气相对湿度总体呈正相关关系，也均通过了0.01 显著性水平的检验；空气负氧离子浓度日变化与降水、蒸发、日照之间的相关关系不明显，没有通过0.05 显著性水平的检验。因此，影响玉溪空气负氧离子浓度日变化的气象因子主要是空气温度和相对湿度，且相对湿度与空气负氧离子浓度的相关性更为明显。回归方程如下：

式中，Y 为空气负氧离子浓度，H 为空气相对湿度。

式中，Y 为空气负氧离子浓度，T 为空气温度。

由于风景区附近的自动气象站只记录温度和雨量要素数据，缺乏湿度数据需使用温度数据进行预报。

负氧离子预报方程的建立针对的是具体监测数值，相应等级预报是一个简单换算，负氧离子等级划分标准见表1。

表1 负氧离子等级划分约定值

图1 负氧离子浓度与温度（左）和湿度（右）的曲线拟合

2 预报结果检验

检验的目的是全面客观的反映不同天气形势下负氧离子的预报效果。我们选择1年内的预报结果与实际监测结果作对比检验。日预报选择红塔区两湖大瀑布的春、夏、秋、冬各一个月（2014年4月，2013年8月、10月、1月）的逐日预报值进行比较。

小时预报选择2013年澄江禄充风景区在晴、雨、高温、降温4 种天气情况下各选一天逐时预报值进行对比，具体当天天气状况如表2 所示。

从负氧离子预报数据与监测数据检验差值（数值和等级）折线图（图2）可以看出：1）逐时预报误差比逐日预报误差小；2）等级的预报误差小于数值的预报误差；3）在天气变化幅度大时，负氧离子数值的预报与监测值误差较大。在天气稳定时，预报与监测值误差较小。表明，负氧离子等级预报具有较大的可信度。

3 结论

1）影响玉溪空气负氧离子浓度变化的气象因子主要是空气温度和相对湿度，且相对湿度与负氧离子浓度的相关性更为明显。

表2 澄江禄充天气状况

图2 负氧离子检验折线图（数值和等级）

2）通过预报结果与实际监测值作对比分析证明：负氧离子浓度预报回归方程具有较准确的预报结果，可以为精细化负氧离子浓度预报提供参考。

3）由于负氧离子观测资料的年限较短，所建立的预报方程较粗略，在预报结果的检验中，误差较大的样本可能是由于特殊天气现象或天空状况的出现，使预报结果的可信度产生较大的偏差，这也是下一阶段要解决的重点问题。随着观测资料的完善和研究的不断深入，玉溪市空气负氧离子浓度的预报方程将会更加完善，预报准确率也会进一步提高。

[1]王宝，张自祥，赵爽.玉溪空气负氧离子变化特征分析[J].云南地理环境研究，2011，23（6）：92-95.

[2]王衍.城市空气离子浓度的时空变化特征及其与环境因子的相关关系[D].上海：上海师范大学，2006.

[3]丁圣，田云平，李成鹏.基于WEB的空气负氧离子预报系统的设计与实现[J].云南科技管理，2014，27（4）：30-32.