重大活動空氣質量保障預報會商機制及經驗探討

王曉彥，李健軍，劉 冰，許 榮，汪 巍，朱莉莉，王 威，趙熠琳

中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

近年來，我國重點城市相繼承辦了多個大型國際會議、重大賽事和重要紀念活動，包括2014年南京青年奧林匹克運動會、2014年北京APEC會議、2015年中國人民抗日戰爭暨世界反法西斯戰爭勝利70周年大閱兵和2016年杭州G20峰會等。為保障上述重大活動期間的空氣質量，空氣質量預報會商逐漸成為一系列保障措施中的重要環節。特定時段精準的空氣質量預報可及時把握污染形勢，為環境管理部門制定有針對性的污染管控措施提供關鍵的技術支持，從而有效降低污染程度，最終實現重大活動期間空氣質量保障目標。區域聯動的空氣質量保障預報會商經歷了從無到有、從粗到細、由淺入深的發展過程，并在杭州G20峰會的空氣質量保障中達到了國內頂級水平。經過多年實踐探索，國內空氣質量保障預報會商機制不斷完善，應用經驗日益豐富[1-5]。本文主要探討重大活動空氣質量保障預報會商方案、基本流程和實踐經驗等，以期為今后承辦類似重大活動的地區提供借鑒。

1 預報會商方案設計

1.1 會商需求調研

在設計重大活動空氣質量保障預報會商方案時，應基于多方面的需求調研。首先應綜合對比分析歷史同期空氣質量水平，以便了解實現空氣質量保障目標的難易程度；其次應充分了解重大活動前期及活動期間將采取的一系列污染減排措施以及區域性空氣質量保障所涉及的相關省市的協同合作，從而合理協調參與預報會商的成員單位和部門；最后應由上而下逐級分解預報會商相關要求，明確各級權責，以保障聯合會商有序、高效、順暢運行。

1.2 組織架構設計

重大活動期間區域性的空氣質量預報會商往往需多個省市通力合作，高規格的會商機制需要完善的組織架構來保障。通常大型預報會商機制應包含3個層面的組織機構(圖1)：第一層為由相關環境管理部門組成的保障現場指揮中心，負責把握全局，決策部署，統籌協調各項工作；第二層為保障專家委員會，一般由國內空氣質量監測和預報領域資深研究學者組成，對每日預報會商結果和針對性污染管控措施提供專業技術指導和決策建議；第三層為會商技術支持工作組，除空氣質量預報組之外，還應涉及到氣象預報組、空氣質量監測分析組和污染源監控評估組等，負責保障期間具體的數據分析和預報會商工作[2]。

圖1 重大活動空氣質量保障預報會商基本組織架構Fig.1 Basic organizational structure of forecast consultation for air quality guarantee of major events

1.3 技術資源整合

大型空氣質量預報會商需充分整合多方面的技術資源：一是來源于地面自動站(城市站、區域站、背景站、超級站等)定點觀測、走航觀測、衛星遙測、雷達探測等立體化監測網的空氣質量實況監測數據；二是來源于國內外多家氣象預報機構的大氣條件預報以及相關省市氣象部門的本地小尺度精細預報資料；三是盡可能全面的最新版大氣污染源排放清單以及保障期間污染減排相關分析數據；四是保障期間精細化空氣質量預報模式所需的軟件系統(例如基準和管控兩種源清單并行的預報模式系統)以及滿足運算能力的配套硬件資源等[2]?？傊猿浞终系目諝獗O測實況、氣象條件預報、污染源排放清單、預報模式評估等技術資源為綜合分析基礎，最終應用和體現到空氣質量預報中。

1.4 會商方案編制

詳實完備、切實可行的預報會商方案是重大活動空氣質量保障預報會商的基礎性指導文件，是相關技術人員開展工作的實用操作手冊。通常大型預報會商方案應明確會商參與單位及人員、會商時間及地點、各工作組匯報內容及形式、會商結果討論與總結、預報信息報送與發布等關鍵內容，盡可能將每一環節落實到具體的時間點和執行部門。預報會商方案在編制過程中應積極與相關部門溝通協調，編制完成后應開展必要的意見征求和專家論證，以保證會商方案的合理性和可行性。

2 預報會商機制發展趨勢

2.1 會商流程日益完善

自2013年全國重點區域和城市基于新《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)逐步開展空氣質量預報以來，在日常業務預報中，通過外部參照和內部摸索形成了較為成熟的會商流程。而重大活動保障預報會商由于其特殊性和復雜性，預報會商流程需在原有的日常業務預報會商的基礎上升級改進，并在近幾年若干重大活動空氣質量保障預報會商實踐中不斷完善。如由于區域性空氣質量保障的聯防聯控要求不斷增強，參與預報會商和減排實施的成員單位范圍隨之擴展；隨著大氣科學領域科研成果應用的加強，預報會商流程中專家委員會的技術指導和決策支持作用不斷凸顯；隨著移動端發布渠道的增多，預報信息的發布范圍和發布時間也隨之調整[2,5]。

2.2 技術資源整合不斷強化

一套完備的空氣質量預報系統需要實況監測數據、氣象資料、污染源排放清單、軟硬件設施等一系列技術支持條件，在大型空氣質量預報會商中，對上述技術資源的需求顯著提高。以實況監測數據為例，在近幾年重大活動空氣質量預報會商中，從最初主要依賴于城市自動站空氣質量監測數據，逐步發展到城市站、區域站、背景站、交通站、超級站等多種類型站點的監測數據，尤其是超級站的監測項目遠超常規6項污染物的監測需求，同時以走航觀測和衛星遙測等監測手段為輔助，為立體化全方位分析提供支持條件。此外，大型空氣質量預報會商可推動大氣污染源排放清單的共享和更新以及城市或區域尺度精細化預報模式的改進，并將以上與時俱進的技術資源為我所用?？諝赓|量保障的特殊性不斷促進空氣質量監測、污染源排放清單和預報模式系統的發展，而預報會商又以其獨特的號召力，將多方技術資源整合共享，為精準化預報會商和污染管控提供必要的基礎支持。

2.3 預報模式系統精細化

空氣質量預報以數值或統計預報模式的預報結果為基礎依據，經人工訂正后得到最終預報結果。在歷次重大活動空氣質量保障過程中，承辦城市通常會在此關鍵時段對預報模式進行不同程度的改進和升級。隨著保障經驗的積累和對預報精細化要求的提高，承辦城市對短期預報模式系統的精準預報模擬需求不斷加強，主要體現在污染源排放清單更新、污染來源追因分析和預報效果評估等方面。以G20峰會期間杭州空氣質量預報模式系統為例，根據一系列污染減排措施進行情景模擬，形成一套管控污染源排放清單，與基準污染源排放清單同時引入模式系統進行模擬預報，經與空氣質量實況比較分析，發現基于管控源清單的PM2.5日均值預報結果與監測實況的變化趨勢和數值范圍吻合度明顯高于基準源清單[2]。預報模式系統精細化發展在獲取高準確率預報結果的同時，基于污染來源追因等模擬產品，可總體把握影響未來空氣質量的關鍵因素和程度，有利于制定有針對性、精準化的污染管控措施，從而有效削減污染峰值。

2.4 重點關注污染物多樣化

我國大氣污染形勢在不同地域、不同時段差異性明顯，北方地區全年大部分時間以顆粒物污染為主，而南方地區夏秋季節臭氧污染更為顯著，因此導致不同城市、不同季節重大活動空氣質量保障期間應關注的首要污染物有所不同。例如，2014年11月中旬北京APEC峰會空氣質量保障重點關注細顆粒物，而2016年9月初杭州G20峰會期間擴展到臭氧和細顆粒物2種重點污染物，尤其是在臭氧污染管控和臭氧預報方面積累了寶貴經驗。經過若干次重大活動空氣質量保障的實踐和探索，從以顆粒物污染管控為主，逐步發展到臭氧和顆粒物污染綜合管控，尤其在夏、秋季首要污染物趨于多樣化，對空氣質量預報會商提出了更高要求。

3 區域聯動預報會商經驗

3.1 強化立體化監測網的數據基礎

空氣質量監測數據反映出的污染物變化趨勢和波動幅度對空氣質量預報具有關鍵的指導意義?？諝赓|量監測數據類型越全面、時空分辨率越高，越能夠客觀表征實際的空氣質量狀況。在近年重大活動空氣質量保障預報會商中不斷加強對監測數據分析的重視。從主要以城市自動站空氣質量監測數據為主，發展到如今以城市站、區域站、背景站、交通站、超級站等多類型站點的綜合監測數據為主，并適時增加走航觀測、衛星遙測、雷達探測等監測手段，形成天地空立體化監測網絡[5-6]。以車載激光雷達走航觀測為例，2016年10月3日，中國環境監測總站針對“北京-保定”傳輸通道開展了連續6 h的應急走航觀測，以消光系數反映的氣溶膠分布變化精確捕捉到移出北京的污染氣團逐漸消散的過程。車載激光雷達走航觀測的立體性和機動性使其在污染應急監測和空氣質量預報中的技術支持作用日益凸顯[7]。此外，除關注《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)中的要求6項基本污染物外，監測項目更為全面的超級站提供的大氣顆粒物組分分析、揮發性有機物、總氧化劑等關鍵監測數據可為灰霾污染和光化學煙霧污染形勢預報提供重要參考和依據。更重要的是，區域聯動的空氣質量監測和預報會商還有利于推動區域性監測數據共享和相關科研合作。

3.2 聯合多個技術組協同作業

鑒于重大活動的空氣質量保障中污染管控措施對空氣質量帶來的復雜性、多變性和未知性，預報會商不應僅局限于預報員單純地對未來空氣質量變化趨勢判斷的會商層面，而需要更全面、更深入地考慮氣象條件、污染物排放、空氣質量實況等具體變化形式，綜合分析氣象條件可能導致的污染物在大氣中的物理化學變化過程以及管控措施導致的污染物排放量的時空變化，以此判斷上述因素對未來空氣質量的影響程度，提高預報員客觀訂正結果的準確率。因此，在重大活動空氣質量預報會商中，應積極組織氣象預報組、污染源監控組、空氣質量監測組和預報組協同會商，充分發揮各自優勢，為空氣質量預報提供必要的客觀訂正參考依據。此外，專家委員會在各技術組總體匯報的基礎上形成最終會商意見，并基于精準化預報為管理部門提供下一步污染管控建議。

3.3 建立橫縱雙向預報會商流程

重大活動空氣質量預報會商不可流于形式，必須建立完善的預報會商流程。在近年大型空氣質量預報會商中，逐漸形成橫向和縱向相互交叉的預報會商機制。以G20峰會空氣質量保障預報會商流程為例，縱向上，聯合氣象預報組、污染源監控組、空氣質量監測組、預報組和專家委員會協同會商，達成最終會商意見；橫向上，更側重于預報組的內部會商，在縱向正式會商之前首先舉行內部討論，綜合區域尺度形勢預報、相鄰省域尺度傳輸影響預報和城市尺度精細化預報結果，先行形成預報組內部初步會商意見。在此過程中，每日分別統計參與會商的多家單位預報模式中杭州市AQI預報結果，綜合比較，多方權衡，最終確定預報結論，從而有效提高預報準確率。橫縱雙向的預報會商流程，有利于綜合應用多方技術資源，發揮不同領域和不同角度的差異化優勢，力求準確預測未來空氣質量變化趨勢。

3.4 提升臭氧污染預報能力

在進行重大活動空氣質量保障時，應重點加強當地相應季節首要污染物的預報能力。對于我國大部地區，夏季與初秋需著重考慮臭氧污染。作為二次生成的污染物，臭氧濃度與氮氧化物和揮發性有機物這2種前體物濃度水平密切相關。臭氧形成機制和區域傳輸影響的復雜性以及臭氧預報起步晚的特點，為空氣質量保障預報會商中的臭氧預報提出了更大挑戰。如氮氧化物和揮發性有機物減排可能引發臭氧前體物控制區有所變化，影響臭氧濃度削減效果，對臭氧預報帶來較大的不確定性。提高臭氧預報能力，一方面應加強本地臭氧污染規律分析，包括臭氧污染時空特征、NOx和VOCs控制區、氣象因素對臭氧濃度影響等，將其充分應用到預報模式運算和預報員客觀訂正中；另一方面應廣泛組織臭氧預報技術交流，探討不同地區的本底水平、能源結構和氣候特征等差異性對臭氧濃度的影響，為臭氧預報積累多方面經驗。

3.5 重視減排情景預報效果評估

重大活動空氣質量保障期間臨時性污染管控為減排情景下的空氣質量預報提供了寶貴的實踐機會，在保障期間預報會商和保障后期預報總結中均應重視污染減排對空氣質量預報效果的影響[1,8-9]。在保障期間，應定期評估減排情景下的預報效果，有利于及時糾正預報偏向，降低預報誤差；在保障后期，應適時評估整個保障過程中的總體預報效果，盡可能定量化分析污染減排對空氣質量的直接和間接影響程度，為預報員積累實踐經驗，同時也為其他地區類似重大活動空氣質量保障污染管控和預報會商提供經驗借鑒。以2014年APEC峰會空氣質量保障預報效果評估為例，根據不同級別預警減排措施，北京市設置4套情景同時進行模擬預報，11月3—12日基準情景模擬、減排情景模擬與實測結果的對比顯示，相比于基準情景模擬，減排情景模擬與觀測結果的時間變化規律更為一致，數值上更為接近，尤其較好地模擬出7—10日PM2.5濃度緩慢上升后小幅波動的變化過程[1]。保障期間開展減排情景模擬預報可及時為污染管控提供精準化、強有力的技術支撐，加強減排情景預報效果評估有利于提高模式預報性能及預報員客觀訂正準確率。

4 結論

經過多年探索發展，預報會商已經成為重大活動空氣質量保障過程中的重要環節，為管理部門開展特殊時段的污染精準管控提供了關鍵性的技術支撐。成熟完善的預報會商機制可有效規范重大活動期間空氣質量預報會商的開展。近年來，區域聯動的預報會商流程日益完善，技術資源整合逐步加強，預報模式系統日趨精細化，重點關注的污染物也多樣化發展，預報會商機制不斷改進和完善。同時，空氣質量保障預報會商在多年實踐中積累了大量寶貴經驗，如強化覆蓋全面的立體化監測網、聯合多個技術組協同作業、建立橫縱雙向預報會商流程、提升臭氧預報能力以及重視減排情景預報效果評估等。后續開展類似重大活動空氣質量保障的地區，可基于現有先行實踐經驗，進一步完善預報會商機制，力求以科學嚴謹的精細化空氣質量預報為管理部門制定合理有效的區域大氣污染管控措施提供有力技術依據。