環保氣象合作預報空氣質量探討

曾 鈺，黃鐘霆

（湖南省環境監測中心站，湖南 長沙410014）

1 引言

現階段我國空氣污染問題日益嚴重，因此開展城市空氣質量預報，環保部門及時、準確、全面地提供未來空氣污染變化的信息，密切監視污染變化動態，合理控制污染排放[1～3]，對預防嚴重污染事件的發生、改善空氣質量都具有非常重要的意義和作用。

2 空氣質量預報

空氣污染預報是一項復雜的系統工程[2]，也是當今環境科學研究的熱點與難題，通過各類預報方法與多種手段相結合，可對多種大氣污染物在城市、區域、全球尺度下的不同類型污染過程進行模擬預測，研究內容涉及氣象、物理、化學等多個學科，包括宏觀、微觀等多種過程，其中城市空氣質量預報是涉及多種物質、多個界面、不同介質、多種物理化學和生物過程的分支學科，它需綜合考慮城市、區域的地形地貌、氣象條件、污染源排放規律等諸多因素的共同影響，且環境污染的程度主要與排放源源強、地形條件和氣象因素等密切相關[4]，這已成為當今城市及區域污染調控與治理的有效途徑。空氣污染預報從預報方法上分為潛勢預報、統計預報和數值預報3種。

（1）潛勢預報是以氣象學為主導因素，以天氣形式預報為基礎的“二次預報”。潛勢預報采用的基本方法是從已經發生的各次污染時間著手，在一段時間內，一定污染源存在的條件下，未來的氣象條件對出現污染的可能影響，對于空氣污染潛勢預報，主要是基于對氣象要素預報值和天氣形勢的預報[5～6]。

（2）統計預報是通過分析發展規律來進行預測的一種方法，各種氣象因素的貢獻均可在環境監測歷史數據中綜合體現，這需要通過對歷史監測資料進行統計分析，利用SPSS等不同軟件建立多元回歸模型[7]。統計預報方法是對特定的城市或者區域，利用大量氣象與污染物濃度的歷史資料，分析天氣變化規律，建立其污染物濃度與氣象之間條件或非氣象條件的，具有一定可信度的統計關系進行預報。

（3）數值預報是以大氣動力學理論為基礎，基于對大氣物理和化學過程的理解，通過計算機運算，用數值計算方法求解物質守恒方程，或者簡化方程形式[8]，需要了解某一城市或區域的空氣質量受氣象條件、污染源排放、地形、周邊區域遠距離輸送等因素的影響。以求得污染物在未來中、短期內的濃度時空分布特征，用以來預報大氣污染物濃度在空氣中的動態變化，從而進一步提高大氣污染預報的準確性、時效性。

3 合作預報的意義

現階段，各省市空氣質量預報工作一般由環保部門承擔。但就目前而言，我國開展空氣質量預報時間不長，不少區域省市還在起步階段，停留在潛勢預報階段。就城市空氣質量預報手段來說，無論是潛勢預報、統計預報還是數值預報，氣象條件是十分關鍵的影響因素。局地空氣污染濃度的高低除與釋放源有直接關系以外，與氣象條件之間有著密切而且復雜的關系[9～10]，某一區域或者城市在一段時間污染物總排放量變化較小，因此，大氣污染物的擴散能力是當地空氣質量高低的重要因素。

如果天氣形勢發生變化，尤其是驟變時大氣中污染物濃度浮動較大，例如 在強鋒面過境的幾小時內，大氣的擴散稀釋能力增強10倍以上，2014年10月28～29日長沙市AQI從223降到45，污染等級從重度污染將到優。而在某一些穩定的天氣條件下，如冷鋒與暖鋒相持較長時間內，當地污染物極易積累，若在加上外來污染物輸送，就會造成嚴重的空氣污染事件，北京2000～2010年北京由于天氣靜穩積累91次大氣重污染[10]，2000～2010年上海大氣重污染共計26次，因此，氣象條件是大氣污染物濃度變化的主要因素，其中氣溫、降水、風向、風速等氣象要素對空氣污染顆粒的分布和多少都有直接的影響，利用氣象資料可以很大地提高空氣質量預報，掌握大氣形勢、把握天氣變化是準確預報城市空氣質量的重要前提，無論是潛勢預報、統計預報還是數值預報都需要一定的氣象學知識為基礎。

就目前而言，環境監測部門缺乏一手的有用的氣象資料，采用的氣象因子較粗略，同時，氣象學人才儲備也較為欠缺，導致城市空氣質量預報的準確率都不是很高。相對環保來說，各地區氣象部門建立時間長，相關歷史數據、資料齊全，對于本城市和區域氣象條件掌握成熟，同時氣象預報平臺建立較完善，預報模式運行人才多，技術好，然而氣象部門對與大氣污染物的相關形成與轉化機理尚有一定空白。

因此，環保部門城市空氣質量預報業務開展，需要與氣象部門合作，實現優勢互補，資源共享，共同開展城市空氣質量預報，協作會商，這將是未來城市空氣質量預報預警工作的發展趨勢，不僅能極大提高城市空氣質量預報能力，加快城市空氣質量預報平臺的建設與完善，還可為減排決策提供科學依據，提高人民生活質量。

4 合作提升空氣質量預報準確率

為全面應對霧霾，為以具體行動貫徹落實國務院《大氣污染防治行動計劃》，為深化大氣污染成因研究、提升重污染天氣精細化預警預報水平和改善區域空氣質量，更為人民群眾的正常生產和健康生活提供保障。2013年，中國氣象局和環境保護部在京簽署合作框架協議。這次合作將以重污染天氣預警預報為重點，建立健全氣象部門和環保部門的合作與會商機制，以提高應急聯動響應能力；同時，聯合推進重大規劃的協調和實施及重大科技攻關，共同推動環境保護和氣象防災減災重大工程建設。這標志著環保和氣象部門間合作上到了一個新的臺階。

國外從20世紀50年代就開始了城市空氣污染預報理論和方法的研究。國內從1973年第一次全國環保工作會議開始，陸續在大氣擴散模式、污染氣象學、污染氣象參數與污染濃度之間的關系以及空氣污染預報等方面進行了研究，并先后在北京[11]、上海[12]、蘭州[10]等城市初步開展了空氣污染預報的試驗研究工作。他們都對氣象要素與空氣污染指數之間進行了相關分析，基本都反映出二者之間有著較好的相關性，并被運用于不同城市的空氣污染指數預報當中。

北京市環保局與上海市環保局，作為國內最早合作發布環境空氣質量預報工作的城市，市環保局和當地市氣象局就已經聯手，合作長達10多年，共同開展該市環境空氣質量預報工作，雙方技術部門建立了良好的合作共商機制，為每日向社會公眾發布高質量的環境空氣質量預報開展了卓有成效的工作。由環境保護部牽頭，以北京、上海為榜樣，天津、四川、福建、新疆、山東、山西、甘肅、寧夏、安徽、云南和湖南等多個省、市和自治州環保相關部門相繼與當地氣象局簽署合作協議，就在空氣質量預報預警方面共同合作，取長。

其內容主要涉及：一是數據共享。環保部門負責提供環境空氣質量監測等相關信息，氣象部門提供氣象監測、天氣預報等相關信息。二是人才共享。雙方將加強城市空氣質量預報合作，組織雙方相關業務科研單位組建團隊，共同研發城市空氣質量預報技術，聯合制作、發布城市空氣質量預報。開展城市環境空氣質量預報試點工作，強化專業人員技術交叉培訓，逐步在由市、省道區域氣質量預報。三是平臺共享。建立會商機制，共同建立環境空氣質量、氣象數據實時共享機制和業務系統。建立日常工作預報會商機制，健全重大活動、重大節假日環境空氣質量保障會商和重污染應急預警會商機制。實現兩部門大氣成分、環境空氣質量監測信息、氣象監測預報預警信息和氣象衛星遙感數據的實時共享共用，實現環保和氣象部門電視、網絡、顯示屏、大喇叭、移動終端公共發布手段共享，將空氣質量預報共同發布。四是科研共享。共同組織申報及開展國家級和省部級科研課題，聯合推進重大環境氣象規劃、項目工程的協調和實施，加強重大科技項目攻關，切實提高環境氣象的科技支撐能力。同時還將進行氣象條件研究課題研究，將對多年來一些重點區域不利氣象條件歷史數據進行綜合分析研究，初步摸清不利氣象條件與大氣污染的關系，探索不利氣象條件下有效改善環境空氣質量的途徑和有效措施，提出重點區域制訂和完善重污染天氣應急技術方案與對策建議等。

5 結語

隨著工業化進程的加速，城市人口數量的增加，城市空氣污染加劇，環境問題日益突出，做好城市空氣質量預報工作意義重大，提升空氣質量預報準確率是關鍵。由于目前我國城市空氣質量預報還在初期，環境氣象研究有待深入，環保部門與氣象部分共同合作是提高空氣質量預報的有效途徑。我國多區域、省、市和縣均相繼與當地氣象部門合作，簽署合作協議，以優勢互補、合作共贏，資源共享、分工負責，注重實效、穩步推進為原則，進一步加強環保部門與氣象部門的協調、聯動和合作。

實現合作預報不可一蹴而就，需要緩慢推進，各地氣象條件相異，城市空氣質量預報進程不一，還需要因地制宜，同時，雙方合作因及時溝通，把握方法，適度用力是關鍵。

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