淺談云南省省級空氣質量預報預警體系構架與實踐

， ， ， ，崇禮(云南省環境監測中心站，云南 昆明 650034)

淺談云南省省級空氣質量預報預警體系構架與實踐

王健，向峰，邱飛，胡勇，王崇禮
(云南省環境監測中心站，云南 昆明 650034)

空氣質量預報系統作為一種重要的工具,用于為公眾提供未來空氣質量信息，指導公眾健康出行,為評估空氣質量狀況、污染控制、環境管理以及決策制定提供技術支持。本文對云南省省級環境空氣質量預報預警平臺的建設實踐進行了回顧，從平臺架構、業務流程、發布機制以及人才隊伍建設等方面對云南省省級預報預警平臺進行了介紹，分析了環境空氣質量預報預警系統建設所面臨的問題，對未來發展方向提出了建議。

空氣質量；預報預警系統；體系構架；建議；云南省

近年來，大氣污染問題受到越來越多的關注[1-3]。長時間、大范圍、高濃度污染頻發，結構性、復合型、壓縮性污染態勢逐漸顯現[4-5]。對空氣質量的預報有利于指導人們對未來可能出現的污染情況采取提前的預防措施，保護人們的身體健康，也能為環境管理提供必要的技術支撐。

2013年9月，國務院出臺《國發〔2013〕37號關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》，明確了重污染天氣預警體系建設要求，到2014年，京津冀、長三角、珠三角區域要完成區域、省、市級重污染天氣監測預警系統建設；其他省(區、市)、副省級市、省會城市于2015年底前完成。為此，云南省環境監測中心站于2014年底啟動了云南省省級空氣質量預報預警體系的建設工作，通過省級層面的建設，分析、預測和及時推送云南省行政轄區內區域和城市環境空氣質量產品，推動城市空氣質量預測預報工作的開展，為保護公眾健康、決策制定提供技術支撐。

1 云南省省級空氣質量預報預警工作概況

云南省2016年環境空氣質量優良率為98.3%[6]，環境空氣質量相對較好，考慮到預報預警數值系統建設投入較大、人員素質要求較高的實際情況，而云南省環境監測能力建設受區域社會、經濟發展的制約，除省會城市昆明市外，并不適宜在每個城市都獨立建一個預報預警平臺。云南省環境監測中心站參考《環境空氣質量預報預警方法技術指南》相關內容[7]，設計、開發和建設了省級環境空氣質量預報預警體系，通過近3a的建設實踐，初步完成了涵蓋預報預警系統平臺、預報人員隊伍建設、空氣質量監測預報預警信息發布制度的云南省省級空氣質量預報預警體系構架。基本做到了可以實時追蹤分析全省空氣質量變化情況，記錄分析污染天氣過程，對污染條件下空氣質量變化趨勢進行預測分析，按照相關要求，向管理部門發出預警建議；對污染條件下污染成因進行溯源分析，追蹤污染物輸送情況，為防范空氣污染提供決策支持。

2 預報預警平臺架構

2.1 云南省省級空氣質量預報預警平臺架構

云南省城市空氣質量預報預警平臺由數據綜合管理系統、污染源排放清單系統、計算資源與環境硬件系統、空氣質量分析預警系統、空氣質量統計系統、多模式數值預報系統、空氣污染來源追因系統、視頻會商系統、公共信息發布系統、污染天氣應急管理系統和空氣質量目標管理動態評估系統等組成。因其他子系統技術上較為成熟，本文只介紹其中最關鍵、最具技術含量的多模式數值預報系統和污染源排放清單系統。

根據云南省低緯高原地區的特點，結合當今預報預警模式發展的趨勢，先期建成包含統計預報模式和數值預報模式獨立預報的基礎技術方法體系，后期通過開展集合預報技術方法研究和開發，最終形成具有云南特點的預報預警技術方法體系。

目前，多數值模式系統包括國內主流運用的NAQPMS、CMAQ、CAMx和WRF-Chem等模式，各模式獨立運行，統一區域設置、網格劃分和分辨率，使用云南省高精度的污染源排放清單進行模擬計算。初始氣象資料采用網絡免費資源NCEP(1°×1°) 6 h / 次的分析資料，為更好地服務于環境管理需求，數值模式系統采用四層嵌套方案，第1層區域為西南地區，水平分辨率為27km，第2層嵌套為云南省行政轄區，水平分辨率為9km，第3層嵌套為重點城市群，水平分辨率為3km，第4層嵌套為縣級城市區域，水平分辨率為1km，模式計算垂直范圍從地面到20km高度，垂直分層為20層，在網格劃分的時候追隨地形。通過氣象站點實測數據對氣象場進行同化。可實現未來24、48、72h可用的云南省各市(州)、縣(區)空氣質量預報，以及未來7d可供參考的污染趨勢預測，預報輸出結果的時間分辨率不低于1h。在計算能力保障的情況下，完成每次預報的模式計算時間不超過8h。

污染源排放清單系統與多模式數值預報系統緊密結合，也采用四層嵌套，第1層采用清華大學2010年的MEIC排放源清單，第2～4層區域采用云南省環境監測中心站以2015年為基準年建立的高精度排放清單數據。主要涵蓋了化石燃料固定燃燒源、工藝過程源、移動源、溶劑使用源、農業源、揚塵源、生物質燃燒源、存儲運輸源、廢棄物處理源等人為排放源、天然源和其他源類等大類。污染物類別包含SO2、NOX、CO、PM10、PM2.5、VOCs、HC、BC、OC、和NH3等大類。根據預警預報業務系統的多重嵌套區域提供對應空間分辨率的排放清單數據，將經過時空分解以及化學分解之后的排放清單，通過污染源排放模式，轉換成網格化形式的、能夠作為空氣質量模式輸入數據的格式，根據城市空氣質量預報預警系統的需要適時對排放清單進行更新維護，形成云南省大氣污染物排放源清單動態更新機制，從而實現空氣質量預報、污染溯源追蹤、措施情景模擬等擴展功能。

2.2 預報預警工作流程

日常工作以云南省環境監測中心站已建設完成的省級預報預警平臺為基礎，每天向各市(州)、縣(區)推送預報預警產品，由各地技術人員進行人工客觀訂正后返回信息，最終形成預報預警發布產品推向社會。工作流程詳見圖2。

2.2.1 看實況

空氣質量現狀：首先通過云南省已建成的國控和省控空氣質量自動監測網絡，查看過去一段時間內污染物濃度日均值數據，了解污染水平歷史變化趨勢，掌握各城市空氣質量狀況的時空分布特征，做為判斷城市空氣質量未來發展變化的基礎。

氣象條件：通過云南省省級空氣質量預報預警網絡平臺及其他網上資源和渠道對天氣形勢的預報結果，分析區域大氣形勢和主要氣象參數，掌握轄區大氣環境擴散條件，作為預報人員判斷污染物遷移、擴散、傳輸、沉降過程制的依據。分析天氣形勢造成的空氣質量的變化，找出其中的相關關系，為未來城市空氣質量預報工作提供參考。

2.2.2 看污染源

了解預報區域內污染源情況是開展環境空氣質量業務化預報至關重要的一環，預報員要盡量全面掌握預報區域的污染源類型、污染源數量、污染物濃度水平、污染出現時段、污染源分布區域等詳細情況，通過對污染源的研判，掌握其在不同天氣條件下的變化，判斷污染物的濃度水平變化情況。

2.2.3 看模式

通過云南省省級空氣質量預報預警平臺，查看平臺部署的各種模式預報結果，包括數值預報和統計預報等模式預報結果，通過模式預報結果，掌握未來一段時間不同預報區域不同時間尺度的環境空氣質量預報結果，為預報員提供參考依據。

2.2.4 聯合會商

空氣質量預報結果受污染源排放、地理位置、地形和氣象等多種因素的影響，涉及多學科、多領域、多部門，因此，在空氣質量預報工作機制中，與氣象部門、高等院校建立常態化合作機制十分重要。遵循“獨立預報、共同會商、聯合發布”的原則，目前云南省環境監測中心站與云南省氣象局、云南大學、昆明理工大學等多個部門或機構建立了會商交流機制，具體交流方式見云南省環境保護廳與云南省氣象局《加強環境保護和氣象業務合作框架協議》和《云南省環境空氣質量預報工作方案(試行)》等。

2.2.5 人工客觀訂正

預報人員通過對過去實況空氣質量和氣象條件的總結、分析預報區域污染源相關信息、綜合模式預報結果以及對未來天氣形勢的研判、參考歷史相似污染案例、結合預報人員的實際經驗，從未來污染變化趨勢、最高污染等級、污染持續時間、污染物大氣化學反應的條件、污染擴散條件等角度對該預報結果的準確性和合理性作出基本判斷，對模式預報結果進行客觀訂正，最終形成預報結果。

2.2.6 審核發布

按照部門內部已制定的預報預警信息發布機制，由工作人員將制作好的環境空氣質量預報或預警信息審核之后，通過不同發布平臺或渠道，將預報或預警信息及時發布。

云南省空氣質量監測預報預警信息發布機制分為兩個層面，一是省級信息發布層面，云南省環境監測中心站在已建成的省級預報預警平臺中集成了部分信息發布功能，省級層面發布的信息內容可以通過平臺操作實現。二是市(州)、縣(區)級層面，市(州)、縣(區)預報業務工作人員，使用實名制登陸平臺，可以查看平臺中的各種資料、多模式獨立預報結果，根據需要參與城市或區域預報會商，經過人工客觀訂正，最終形成市(州)、縣(區)轄區需要的預報預警發布信息，然后根據各地的信息發布規定進行發布。

目前，云南省環境保護廳和云南省氣象局聯合印發了《云南省環境空氣質量預報工作方案(試行)》，在云南衛視天氣預報欄目中播出云南省16個州市政府所在地城市的未來48h空氣質量預報信息；除此之外，還有預報預警短信發布平臺，官方網站和官方網站轉載，微信公眾號、云南省空氣質量發布手機APP等信息發布渠道，基本覆蓋了公眾可以獲取的范圍。發布的信息內容包括小時實時監測數據，各城市空氣質量預報結果，空氣質量日報產品，空氣質量預報預警產品，城市空氣質量實時報警提醒等。

3 預報人員隊伍建設

人才隊伍是提高城市空氣質量預報預警工作的根本，從事空氣質量預報預警工作需要具備多學科綜合知識，涵蓋大氣化學、大氣物理、環境科學、計算機、氣象學等學科，既需要專業技術人才，又需要綜合性人才[8]。

根據云南省環境監測系統實際情況，有條件的州市，可以充分調動已有工作人員，把空氣質量日報、統計和預報預警工作結合起來，沒有條件的地方，可以直接登陸云南省省級預報預警平臺，查收當地的推送產品，進行人工訂正，在此基礎上進行信息發布。另外，在監測系統缺少氣象預報專業人才的時候，可以外聘氣象臺退休專家進行定期培訓；在遇到污染天氣時，還需要啟動外部會商機制，建立專業的污染天氣預報預警專家團隊。

空氣質量預報預警是近年來的一個新興概念，要轉化為日常業務工作，需要預報員不斷學習相關科研成果，探索各種預報技術方法的優缺點；還需要定期開展交流培訓，可以是本地氣象臺交流學習，也可以到先進地區跟班交流學習：通過長期的學習積累，使其在實際工作中逐步掌握空氣質量預報的技術方法，以持續提高與空氣質量預報預警相關的業務技術能力。

參考《環境空氣質量預報預警業務工作指南》中對預報員崗位設置及職責的要求，需結合云南省各地監測部門的實際情況，逐步組建云南省省級和城市空氣質量預報預警人才隊伍。2015年4月起，在云南省環境監測中心站成立了城市空氣質量預報預警團隊，知識背景涵蓋環境科學、氣象學，工作過程中，在中國環境監測總站預報預警中心和先進省市兄弟單位的大力支持下，不定期分批次派出人員到相關單位學習交流預報預警專業技術工作經驗，有力地提升了云南省城市空氣質量預報預警業務水平。

4 發展及建議

環境空氣質量預報預警工作是一項復雜的系統工程，涉及多學科、多領域、多部門，需要專業的、全面的業務人才，需要完善的業務機制，需要深入的探索預報的機理。目前我國環境空氣質量預報預警業務工作正在陸續開展，還有許多工作要做。

不斷夯實工作基礎。空氣質量預報預警數值模式是開展中長期預報的關鍵，其中的大氣污染物排放清單編制工作才開始起步，清單編制指南體系不完備，實際工作中資料收集不全，導致數值預報結果準確率不高，后期還需要不斷完善和及時進行動態更新。

加強機構人員配置。當前管理部門和公眾對城市空氣質量關注度較高，預報預警城市多、任務重、時間緊、壓力大，對預報員的業務水平要求高，環境監測系統業務工作越來越多，預報預警機構又很難獨立出來，是制約工作開展的關鍵因素，需要不斷加強專業技術人員的培養和人才隊伍的建設，有力保障預報預警工作有效開展。

[1]李亮, 李健軍, 王瑞斌, 等. 2005-2010 年沙塵天氣影響我國城市環境空氣質量分析[J]. 中國環境監測, 2013, 29(3): 15-19.

[2]李紅, 曾凡剛, 邵龍義, 等. 可吸入顆粒物對人體健康危害的研究進展[J]. 環境與健康雜志, 2002, 19(1): 85-89.

[3] CHAN C K, YAO Xiaohong. Air pollution in mega cities in China[J]. Atmospheric Environment,2008(42):1-42.

[4]吳生虎, 史凱, 劉春瓊, 等. 成都市一次重霧霾期間 PM10自組織演化的分形特征及 DFA分析[J]. 安全與環境學報, 2014(5): 64.

[5]呂效譜, 成海容, 王祖武, 等. 中國大范圍霧霾期間大氣污染特征分析[J]. 湖南科技大學學報(自然科學版), 2013, 28(3): 104-110.

[6]云南省環境保護廳.云南省環境質量狀況公報(2016)[EB/OL].

[7]中國環境監測總站.環境空氣質量預報預警業務工作指南(第一版)[M].北京:中國環境出版社, 2014

[8]蔣東升, 黃艷艷, 胡清華, 等. 淺談福建省環境空氣質量預報預警體系的建設[J]. 環境科學, 2016(11): 119.

DiscussionontheStructureandPracticeofProvincialAirQualityForecastandEarlyWarningSysteminYunnan

WANG Jian, XIANG Feng, QIU Fei, HU Yong, WANG Chong-li
(Yunnan Environmental Monitoring Center, Kunming Yunnan 650032 ,China)

Air quality forecast and warning (AQFW) system is important as an efficient tool to provide the public air quality forecast information, guide the public health travel, and assess air quality and pollution control and environment management and decision making. This paper reviewed the construction practices of the provincial environmental air quality forecasting and warning platform in Yunnan and introduced the provincial forecasting and warning platform based on the aspects of platform architecture, business process, issuing mechanism, and capacity construction. Quality forecasting and warning system construction and the future development direction were proposed.

air quality; forecast and warning system; review; suggest; Yunnan

2017-05-11

X84

A

1673-9655(2017)06-0101-04