全國環境氣象預報業務發展研究

劉慧+張志剛+張恒德

摘要：指出了大氣污染及其防治問題異常嚴峻，氣象部門是大氣環境觀測監測、預報預警、評估服務的主體部門，發展好環境氣象業務是新的經濟社會條件下政府和公眾對氣象部門的新期待。分析了氣象預報業務中存在的問題，并針對這些問題提出了相應的對策措施。

關鍵詞：環境氣象； 預報； 發展

中圖分類號：P45

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0007-04

1 引言

當前，我國大氣污染形勢嚴峻，黨中央、國務院和社會各界對大氣環境的關注度日益增加。黨的“十八大”首次將生態文明建設擺在中國特色社會主義總體布局的高度來論述，國務院也隨后出臺了《大氣污染防治行動計劃》，對大氣污染防治給出了詳細的治理藍圖[1]。氣象部門是生態文明建設中的基礎型、公共性和科技型力量，為適應形勢需求，2013年中國氣象局印發《環境氣象業務發展指導意見》，首次全面性、系統性闡述了環境氣象的業務體系和科學內涵。發展好環境氣象業務是經濟發展新常態下政府和公眾對氣象部門的新期待，作為環境氣象業務的基礎工作，建成集約化、標準化的環境氣象預報體系，提供更為準確、精細的環境氣象預報產品，是氣象部門的當務之急[2，3]。

環境氣象是氣象學和環境學的交叉學科，其研究的最終目的是服務人的健康與社會發展，從環境氣象業務開展的實際情況來看，現階段環境氣象業務定位是關注與人類活動、人民健康密切相關的大氣環境質量問題[3，4]。依據《環境氣象業務發展指導意見》，環境氣象預報業務主要包括大氣環境（霾、沙塵、空氣污染氣象條件、空氣質量、光化學煙霧）預報預警、生活指數預報、健康氣象預報、突發環境氣象應急預報預警等，筆者就以上環境氣象預報相關問題展開討論[1]。

2 環境氣象預報業務發展現狀

2.1 頂層設計

1999年中國氣象局印發《關于加快環境氣象服務業務發展的意見》（中氣預發[1999]30號），明確了到2005年環境氣象的發展目標與服務領域。2000年《氣象法》發布施行，明確提出氣象部門發布城市環境氣象預報的職責。環境氣象業務在這一文件一法的指導下得到較大發展，2004年以后大氣成分觀測與服務業務的發展進一步豐富了環境氣象業務的內涵。2013年中國氣象局印發《環境氣象業務發展指導意見》，從現狀分析、發展目標、主要任務、技術支撐、業務布局業務流程、保障措施六大部分提出了到2015年建成具有國家、省（區、市）、地（市）、縣（市）布局的環境氣象預報業務體系。

2.2 業務體系

為加強環境氣象業務組織管理，2014年中國氣象局在國家級層面整合了環境氣象業務資源，以國家氣象中心為基礎組建了中國氣象局環境氣象中心，承擔國家級環境氣象預報預警業務的組織實施；京津冀、長三角和珠三角環境氣象預報預警中心也相繼組建；各省（區、市）氣象局也按要求相繼開展了環境氣象預報業務，氣象部門搭建起以關鍵區域為重點的集約化、協作化環境氣象預報業務體系[2]。

2.3 業務布局和業務流程

目前，在全國范圍內開展了包括霧、霾、能見度、沙塵、空氣污染氣象條件、空氣質量指數、重污染天氣、生活指數、突發環境氣象應急等在內的環境氣象預報業務，發布相關預報預警產品，特別是針對重點區域開展了重污染天氣預警業務。初步建立了國家級技術指導、區域級技術支持、省級訂正預報、市縣級解釋應用的環境氣象預報業務流程，初步建立了全國環境氣象預報會商機制，環境氣象預報業務逐步規范化和流程化[2，5]。

2.4 科技支撐

環境氣象預報是發展中的新業務，相較于天氣預報業務，其預報技術和預報方法還處于不斷探索和發展的階段。

2.4.1 環境氣象數值預報研究

中國氣象局自主研發了環境氣象模式系統（CUACE/Haze-Fog），該模式是以中尺度天氣模式MM5在線耦合化學天氣模式CUACE，具備大氣污染物濃度、污染指數、污染濃度分布以及霧霾、沙塵暴的預報能力。國家級運行的HYSPLIT擴散模式為重大或突發環境氣象事件氣象應急預報業務提供重要支撐。區域氣象中心通過引進國外模式系統（WRF-CHEM、CMAQ等），耦合區域中尺度模式，本地化后建立了區域高分辨率環境氣象模式系統。截至目前，華北、華東、華南、東北和華中五個區域中心都相繼建立了區域環境氣象數值預報系統，為區域內各省（區、市）環境氣象預報提供了重要的技術手段和科技支撐[2]。

2.4.2 環境氣象預報方法研究

現階段環境氣象預報方法主要是以環境氣象模式產品的解釋應用為主，對環境氣象的模式產品進行開發和加工，以模式系統客觀生成站點和格點的能見度、污染物濃度、氣象要素等預報值，根據歷史資料、實況和天氣形勢，結合天氣概念模型和統計釋用技術，形成霧、霾、沙塵、能見度、空氣污染氣象條件、空氣質量的客觀預報產品[2]。

2.5 環境氣象預報業務標準規范

標準規范是衡量一個業務成熟與否的重要標志，近年來，特別是《環境氣象業務發展指導意見》出臺后，氣象部門相繼發布了一系列環境氣象預報業務管理文件及相關標準、規范，形成了基本的業務管理基礎。目前，已印發相關的標準和規范20余項。

2.6 部門合作

環保部門是大氣環境監測和保護的行政管理職能部門，氣象部門是大氣環境觀測監測、預報預警、評估服務的主體部門，2001年環保部和氣象局共同開展了全國重點城市空氣質量預報，向公眾發布環境質量信息服務，2013年環保部空氣質量等級新國標出臺后此項工作暫停。為貫徹落實《大氣污染防治計劃》，2013年環保部和氣象局共同印發了《京津冀及周邊地區重污染天氣監測預警方案（試行）》，強化了重污染天氣的監測預警和聯防聯動[6]。

3 環境氣象預報業務存在的問題

3.1 環境氣象觀測站網建設及觀測數據質量不能滿足預報業務需求

中國氣象局環境氣象觀測早期主要面向應對氣候變化和大氣成分環境影響，其設計和站址選擇主要側重于偏遠鄉村和清潔背景地區。近年來，雖相繼建設了針對霾等天氣的環境氣象觀測站網，但數量和監測內容上，存在覆蓋不足、分布不均的問題；對于霾高發區、敏感區及污染物輸送通道的觀測能力不足；針對大氣成分觀測項目急需完善。隨著站網建設規模擴展，站網支撐保障能力顯現不足；觀測數據的連續性、完整性和可靠性也需要進一步加強，數據質量有待提高[4]。

3.2 環境氣象預報業務組織管理體系有待完善

現階段國家級和重點區域通過資源整合和優勢互補建立了專業化的環境氣象中心，但由于中心成員分散在多個業務單位，“小實體、大網絡”的常態化協作機制還需要進一步完善；省級和省以下環境氣象預報業務責任主體尚不明確，環境氣象歸口管理單位、業務承擔單位與國家級不一致，業務對接存在著運行不暢的現象，一定程度上制約了環境氣象預報能力的提升。

3.3 環境氣象預報業務布局和業務流程有待優化

作為一項新開展業務，環境氣象業務發展整體設計和分步實施不夠，環境氣象預報在全國業務布局中存在分工不夠合理、職責不夠明確、流程不夠規范、業務不夠集約的現象。各級之間重復建設，特別是區域級環境氣象預報預警中心，其業務分工和定位還不夠清晰，和國家級、省級的界定還需進一步明確；環境氣象預報業務各環節業務流程、產品統一規范和標準都還亟待完善。

3.4 預報技術和科技支撐有待加強

環境模式研發應用還處在起步研發階段，對于模式中理化過程以及相互作用的機理認識還不夠深入；化學模式和天氣模式的耦合發展還需加強；污染源排放信息基礎數據和動態更新技術還比較薄弱；以致環境數值預報產品的精確性、準確率和指導性還稍顯不足。全國環境氣象模式產品缺乏統一的檢驗評估。大氣污染天氣學機理認識還有待深入，預報技術方法及經驗還較為缺乏；各項預報尚處于起步階段，技術儲備薄弱，準確率有待提高。

3.5 業務平臺、標準體系有待建立

相較于成熟的天氣業務，現階段尚未建成國家、省、市（縣）一體化環境氣象業務平臺，環境氣象從監測、分析、預報到產品展示缺乏統一的規范和流程，不利于業務的深入開展。環境氣象預報業務標準化體系不夠完善，標準制定相對滯后，項目偏少且系統性、協調性不足，與外部門國標銜接不銜接，還沒有對業務、服務及科研產生應有的支撐、保障和引領作用。

3.6 部門合作有待加強

近年來氣象與環保部門在大氣環境領域工作存在交叉，環保部門越來越重視大氣環境綜合治理，但與氣象部門的合作有不斷弱化趨勢。特別是環保部空氣質量等級新國標出臺后，環保部和中國氣象局不再聯合發布空氣質量預報。現階段兩部門之間尚未建立實時、穩定和可靠的數據交換共享渠道，影響重污染天氣預警和空氣質量預報業務的開展[6]。

4 環境氣象預報業務建設對策措施

按照集約高效、協調發展的要求，加快推進全國環境氣象預報業務建設，將環境氣象預報業務融入全國天氣預報業務的總體布局中。環境氣象預報業務建設重在形成分工合理的業務布局、建立集約科學的業務流程，突破環境氣象的關鍵技術，建立切實有效的運行機制，促進環境氣象業務標準化、規范化建設，真正做到預報產品的精準化、業務流程的合理化、管理手段的科學化，實現環境氣象部門職能與社會化需求的有機銜接。

4.1 形成分工合理的業務布局

集約高效的業務管理布局和運行機制是氣象預報服務有序開展的必要前提，在現有的環境氣象預報業務布局的基礎上，要進一步強化國家級和區域級氣象業務機構的技術指導能力，強化省級氣象機構的綜合業務服務能力，強化市（縣）級氣象機構的特色服務能力。

國家級：負責開展國家級環境氣象預報預警業務；承擔全國重大或突發環境氣象事件的應急響應預報預警業務，承擔WMO亞洲沙塵暴區域預警中心業務；負責國家級環境氣象數值預報業務系統的研發改進、業務應用和檢驗評估；負責全國環境氣象預報預警的工作組織、信息共享、業務指導、產品支持和技術支撐。

區域中心：負責區域環境氣象數值預報業務系統的研發改進和業務應用；開展區域級環境氣象預報預警業務，承擔區域性重大或突發環境氣象事件的應急響應預報預警業務；負責對國家級指導產品進行檢驗、訂正和應用評估。負責區域內環境氣象預報預警的信息共享、業務指導、產品支持和技術支撐。

省級：負責開展本省環境氣象預報預警業務；負責開展重大或突發環境氣象事件的應急響應預報預警業務；開展環境氣象預報質量檢驗業務；為下級氣象部門提供指導產品和技術支持。

地縣級：負責基于上級指導產品，結合本地觀測資料和地理環境，制作本地環境氣象預報預警產品。

4.2 完善科學化集約化的業務流程

在現有的國家、區域、省、地縣四級環境氣象預報業務流程基礎上，進一步完善環境氣象業務產品的發布和上報流程，上級環境氣象業務單位按時下發環境氣象預報預警業務指導產品；下級環境氣象業務單位結合本地特點和實際需求，制作本地環境氣象業務產品，對上級產品的訂正意見進行反饋，并按時上傳本地環境氣象業務產品。逐步建立國家級和省級氣象部門環境氣象預報產品上傳下發、上級指導、下級補充訂正的集約化業務流程。

4.2.1 國家級業務

（1）制作發布全國環境氣象主觀和客觀（站點和落區）指導預報產品；

（2）接收省級氣象部門上傳的經過訂正以后的環境氣象預報產品；

（3）組織有關區域重污染天氣聯防預警會商，制作發布相關預報預警產品。

4.2.2 區域中心業務

（1）制作發布區域內各省（精細到地市或縣）的指導預報產品；

（2）組織區域內重污染天氣聯防預警會商，制作發布相關預報預警產品。制作發布區域性污染預報預警等產品，與國家級和區域內各省建立信息共享和應急聯動機制；

（3）接收區域內各省上傳的環境氣象預報產品，制作區域級環境氣象預報產品并實現區域內共享；

（4）向國家級上傳環境氣象數值預報產品。

4.2.3 省級業務

（1）基于國家、區域級下發指導產品和環境氣象觀測實況，制作發布本省（精細到縣）環境氣象預報指導產品；

（2）向國家級和區域級上傳訂正后的環境氣象預報產品；

（3）配合區域中心做好區域性大氣污染聯防聯動。

4.2.4 地縣級業務

基于省級環境氣象指導預報產品和環境氣象觀測實況開展預報服務工作。

4.3 加強環境氣象觀測能力建設

在現有的環境氣象觀測站網基礎上，從滿足霾、空氣質量以及重污染天氣預報預警業務角度出發，針對污染多發區、污染輸送通道、人口稠密區加強觀測，科學設置站網布局，進一步完善環境氣象觀測項目，加強與環境氣象有關的反應性氣體等觀測。加強儀器標校、維修保障能力建設，加強觀測數據質量保證與質量控制體系建設，提升數據的準確率和可靠性。

4.4 科技引領，大力提升環境氣象模式水平和預報技術

國家級推動基于自主研發的GRAPES的環境氣象數值模式的研發改進和業務應用；加強區域環境氣象數值模式的本地化改進和應用。更新我國不同分辨率氣溶膠及排放源清單；改進氣溶膠及氣態化學機理，優化模式方案；改進資料同化技術；加強模式產品的解釋應用，實現對多種環境要素的預報能力，提高模式的精細化預報水平。開展多模式（CUACE、CMAQ、Wrf-Chem）的檢驗評估，促進模式系統的改進和完善。

開展污染天氣分析研究，從歷史資料中提取不同類型污染天氣過程，進行統計分析，確定量化指標和標準，制定污染天氣分析規范；總結和提煉典型天氣學特征，構建天氣概念模型；進一步加強重污染天氣的形成機理、靜穩天氣客觀識別、污染物遷移規律以及污染調控預警氣象條件研究，研發污染天氣過程的指標；提高環境氣象模式的釋用能力，開發對預報有指示意義的混合層高度、小風區、空氣滯留區等預報產品，提升預報業務指導能力。

4.5 建設集約化全國環境氣象分析預報平臺

有序、高效、內容豐富的業務平臺是業務發展的有力支撐，基于氣象信息綜合分析處理平臺（MICAPS）和全國綜合氣象信息共享系統（CIMISS）構建全國統一的環境氣象預報分析平臺，具備觀測和數值模式預報結果的顯示、特征物理量的診斷、影響天氣系統的分析、預報產品制作和發布等功能。平臺能夠實現氣象數據、環境氣象觀測數據和數值預報產品的綜合顯示，為環境氣象的監測分析和產品制作提供支持。

4.6 夯實環境氣象預報業務標準規范基礎

標準、規范是則是業務發展的重要保障。下一步要推動環境氣象預報業務相關法規、標準、業務規定和技術規范建設制定，完善配套規章。加快已立項環境氣象預報相關標準的制修訂步伐，制定統一環境氣象預報產品技術規范，對環境氣象預報產品內容、產品表現形式等進行統一規范。

4.7 建立健全有效的業務運行和保障機制

4.7.1 改革完善省級單位機構，完善運行機制

按照環境氣象預報業務服務運行有機銜接、相互支撐的要求，完善國家級環境氣象“小實體、大網絡”的運行機制和區域環境氣象協同發展機制，實現上下銜接、左右協調，區域協作。合理設置省級環境氣象預報業務機構的工作職責和崗位分工，建立和完善相應的運行管理機制，真正做到國家級省級上下聯動、集約高效的發展格局。

4.7.2 建立開放合作機制，推動環境氣象預報業務深入發展

積極開展多形式、多渠道、多層次、全方位的交流與合作。各級氣象部門應根據環境氣象跨部門跨學科的特點，大力加強與環保、衛生等部門以及各種媒體的合作，在環境氣象監測、信息資源共享、預報預警聯動等方面建立部門間協作體系，積極探索有關合作機制，本著“積極參與，共同發布”的原則，力爭在空氣質量預報合作方面取得進展和突破。加強與科研院所之間的合作，聯合開展環境預報關鍵技術攻關，推動我國環境氣象預報業務發展。

5 結語

隨著氣象科技的發展和社會需求的不斷增長，環境氣象預報業務發展迅速，已經形成了一定的業務布局、業務流程和技術支撐體系，并在業務服務中發揮了重要的作用。國家推進生態文明建設的力度不斷加大，應對了資源環境、公共衛生、氣候變化等問題，被黨中央列為國家科技創新的重點領域。面對環境氣象預報服務需求的快速增長，形成分工合理的業務布局，建立集約科學的業務流程，突破環境氣象的關鍵技術，建立切實有效的運行機制，促進環境氣象業務標準化、規范化建設，是未來環境氣象預報業務發展的重點。

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