(山西省環(huán)境監(jiān)測中心站，山西 太原 030022)

1 引 言

2013年1月以來，我國中東部地區(qū)多次發(fā)生了大范圍持續(xù)性灰霾污染事件，嚴(yán)重影響人們的身體健康，給生產(chǎn)生活帶來諸多不便，引起全社會的廣泛關(guān)注[1]。為妥善應(yīng)對重污染天氣，包括山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、山東省省級和京津冀及周邊地區(qū)地級及以上城市需要在2014年底完成重污染天氣監(jiān)測預(yù)警體系的建設(shè)任務(wù)。

山西省重污染天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，以氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)和污染源排放數(shù)據(jù)位基礎(chǔ)，應(yīng)用空氣質(zhì)量統(tǒng)計預(yù)報和數(shù)值預(yù)報模式，對山西省包括11個設(shè)區(qū)市縣的環(huán)境空氣質(zhì)量AQI指數(shù)和六種污染物濃度(包括阿SO2、NO2、PM10、O3、PM2.5和CO)進(jìn)行未來7天預(yù)測預(yù)報(48小時精準(zhǔn)預(yù)報和5天潛勢預(yù)報)，實(shí)現(xiàn)重污染天氣預(yù)警、分析、污染源追因等功能，為及時應(yīng)對重污染天氣、最大限度降低重污染天氣造成的危害提供權(quán)威的預(yù)報預(yù)警信息，同時為合理調(diào)整污染源布局、切實(shí)做好大氣污染防治提供決策支持和科學(xué)依據(jù)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

山西省重污染天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)由“四層三體系”組成?！八膶印睘檐浻布螌?、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用服務(wù)層和會商展示層；“三體系”包括環(huán)境信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、環(huán)境信息安全保障體系和環(huán)境信息運(yùn)行管理體系。

2.2 主要模塊設(shè)計及功能

(1)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊為系統(tǒng)存儲預(yù)報模擬所需的氣象數(shù)據(jù)、污染源排放數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，是模式運(yùn)行的基礎(chǔ)。

(2)污染源排放清單可視化系統(tǒng)模塊。采用SMOKE排放源處理模型處理山西省源排放清單，直接為系統(tǒng)提供網(wǎng)格化的排放源。模塊設(shè)計按照各數(shù)值模型的特點(diǎn)和運(yùn)算需求合理分配軟硬件資源，各空氣質(zhì)量預(yù)報模型均使用統(tǒng)一的污染源排放清單。

(3)空氣質(zhì)量統(tǒng)計預(yù)報系統(tǒng)模塊。系統(tǒng)建設(shè)統(tǒng)計模式采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法對40個集合預(yù)報成員進(jìn)行集成。

(4)空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)模塊。空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報[6]系統(tǒng)模塊是山西省重污染天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的核心部分，選用中尺度氣象模式WRF提供氣象場驅(qū)動，基于排放源處理模型制作三維網(wǎng)格化排放源，選用中國科學(xué)院大氣物理所自主研發(fā)的NAQPMS模式[5]，美國環(huán)保署(EPA)的Models-3/CMAQ[4]模式、美國Environ公司的CAMx模式和美國國家大氣和海洋局(NOAA)的 WRF-Chem進(jìn)行空氣質(zhì)量集合預(yù)報。

設(shè)置多模式預(yù)報系統(tǒng)區(qū)域嵌套計算網(wǎng)格：東亞區(qū)域(Domain1)→華中區(qū)域 (Domain2)→山西省域(Domain3)。

表1 模式計算區(qū)域網(wǎng)格設(shè)置

(5)重污染天氣分析預(yù)警系統(tǒng)。依據(jù)未來5天統(tǒng)計預(yù)報和數(shù)值預(yù)報結(jié)果，達(dá)到預(yù)警級別時，進(jìn)行重污染天氣污染物來源進(jìn)行分析、預(yù)警，為適時開展污染防治工作、正確引導(dǎo)公眾健康出行提供支持。

表2 重污染天氣預(yù)警響應(yīng)級別劃分

(6)空氣污染來源追因系統(tǒng)。污染源追因系統(tǒng)分為遙感反演和后向軌跡模擬兩個模塊設(shè)計，實(shí)現(xiàn)對氣溶膠、氣態(tài)污染物的垂直方向濃度分布解譯和為水平方向污染物傳輸?shù)淖芬颉?/p>

3 效益分析

總而言之，山西省重污染天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)由“四層三體系”構(gòu)成，基于環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和污染源排放清單數(shù)據(jù)，應(yīng)用空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報與統(tǒng)計預(yù)報相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)山西省未來5天的空氣質(zhì)量分析、預(yù)報、預(yù)警和追因等功能，以期為合理調(diào)整污染源布局、切實(shí)做好大氣污染防治提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

山西省重污染天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的建立，將大氣污染源監(jiān)管、城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測、模型模擬分析、政策經(jīng)濟(jì)技術(shù)等空氣質(zhì)量管理各因素綜合考慮，在日常預(yù)報工作中可以為地市級預(yù)報系統(tǒng)提供污染資料同化后的準(zhǔn)確初始場及邊界條件產(chǎn)品，指導(dǎo)各地開展精細(xì)化空氣質(zhì)量預(yù)報。在極端污染天氣來臨時，重污染天氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)可通過確定大氣污染來源和污染貢獻(xiàn)為管理部門建立應(yīng)急預(yù)案和響應(yīng)機(jī)制為公眾提供健康指引和出行參考，減少污染天氣對人體健康影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]解淑艷，劉冰，李健軍.全國環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建立探析[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5(4)：1-3.

[2]Joseph B.Klemp.Weather Research and Forecasting Model：A technical Overview[R].84th AMS Annual Meeting，Seattle，U.S.A.2004.Jan：10-15.

[3]羅淦，王自發(fā).全球環(huán)境大氣輸送模式(GEATM)的建立及其驗(yàn)證[J].大氣科學(xué)，2006，30( 3)：504-518.

[4]Institute for the Environment University of North Carolina at Chapel Hill.Operational Guidance for the Community Multiscale Air Quality (CMAQ) Modeling System[M/OL].http：//www.airqualitymodeling.org/cmaqwiki/index.phptitle=CMAQ_version_5.0_(February_2010_release)_OGD.

[5]王自發(fā)，謝付瑩，王喜全，等.嵌套網(wǎng)格空氣質(zhì)量預(yù)報模式系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].大氣科學(xué)，2006，30( 5)：778-790.

[6]韓志偉，杜世勇，雷孝恩，等.城市空氣污染數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].中國環(huán)境科學(xué)，2002，22(3)：202-206.