楊少紅　蔣斌　沈勁

摘 要：為應對區(qū)域大氣復合污染的嚴峻態(tài)勢，亟需建立健全空氣質量預報預警系統(tǒng)。本文分析了國內外空氣質量預報預警的發(fā)展概況及存在的問題，以期為建立一個與國際先進水平接軌預報的預警業(yè)務體系建設提供參考。

關鍵詞：大氣復合污染 空氣質量 預報預警

1. 引言

近年來，隨著經濟的持續(xù)快速發(fā)展與產業(yè)結構的調整，我國不少區(qū)域已出現較為嚴重的以PM2.5和臭氧為主要污染物的大氣復合污染，最終產物與前體物的關系復雜[1]。準確預報空氣污染態(tài)勢對于公眾的生活與相關部門有針對性的污染控制有重要意義。

2. 國內外空氣質量預報預警概況

在國外，空氣質量預報主要是以三維空氣質量模型為基礎，三維空氣質量模型主要包括空氣動力學系統(tǒng)，云化學與動力學模塊，氣相化學模塊，氣溶膠模塊，柵格煙羽模塊，控制方程與計算結構，數值傳輸算法等。常用于空氣質量預報的三維模式有美國的城市氣域模型UAM、帶擴展模塊的綜合空氣質量模型CAMx、公共多尺度模式系統(tǒng)Models-3 CMAQ、德國的EURAD、法國的CHIMERE、芬蘭的SILAM、英國的NAME、西班牙的EOAQF、瑞典的MAQS、荷蘭的LOTOS-EUROS、丹麥的DREAM等。在美國，UAM曾是美國環(huán)保署（EPA）推薦使用的空氣質量模型，但近年UAM已逐漸在推薦名單中消失，取而代之的是CMAQ，同時，美國ENVIRON公司開發(fā)的CAMx在多個洲都有廣泛的應用，在美國的一些州（例如加利福尼亞、得克薩斯等）用作法規(guī)模式。CMAQ與CAMx目前已成為美國，乃至全球主流的空氣質量網格模型[2]。

在國內，目前應用于各個城市空氣質量預報業(yè)務的預報方法主要有三種：數值模式預報、統(tǒng)計預報和綜合經驗預報[3]。中國中科院大氣物理研究所的嵌套網格空氣質量預報模式系統(tǒng)NAQPMS在全國多個地區(qū)均有應用。但數值模型預報的準確性在不同時期有較大波動，統(tǒng)計模型應用也較多，采用逐步線性回歸法建立的預報模型對武漢市空氣質量具有一定的預報能力，級別預報準確率為78.1%[4]。國內對空氣質量預報的研究也較多。應用基于系統(tǒng)辨識理論的實時迭代模式（RTIM）對WRF模式預報結果進行后處理，建立了上海地區(qū)霾天氣的模式輸出-統(tǒng)計（MOS）方法[5]，結果表明，PM2.5模式預報成功率為75.0%～63.9%，PM10模式預報成功率為87.5%～81.8%，能見度模式預報成功率為71.0%～74.2%，霾日預報成功率為73.7%～72.7%。在珠三角，將BP神經網絡引入到佛山的預報模型中，分季節(jié)來考慮以提高預報準確性[6]。

2013年中國環(huán)境監(jiān)測總站建立全國范圍的空氣質量預報預警系統(tǒng)，其主要依靠國內外多個三維空氣質量模型進行集合預報，同時通過實測空氣質量與氣象資料進行加工修正，最后得出最終結果[7]。此前，不同地方也建立了城市尺度的預報預警系統(tǒng)。2008年，常州市氣象局和常州市環(huán)境中心監(jiān)測站聯(lián)合研制了常州空氣質量預報預警和大氣污染擴散應急響應系統(tǒng)[8]，建立了集環(huán)境氣象分析研究、空氣質量預報預警、大氣污染擴散應急響應于一體的綜合性業(yè)務應用系統(tǒng)。在河西走廊東部，建立了武威市空氣質量預報系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括沙塵暴預報預警服務系統(tǒng)、空氣質量統(tǒng)計預報系統(tǒng)和空氣質量潛勢預報系統(tǒng)[9]。在北京奧運會期間，北京氣象臺采用CAPPS-3空氣質量預報系統(tǒng)取得了較好效果[10]。在林芝地區(qū)，充分考慮了空氣污染與氣象條件之間的復雜動態(tài)關系，建立了基于氣象資料的林芝地區(qū)空氣質量動態(tài)預報方法[11]。西安地區(qū)空氣質量預報業(yè)務系統(tǒng)主要依靠WRF-CMAQ，24h內對PM2.5和PM10的逐小時模擬質量濃度與實況的相關系數達到0.6以上[12]。

3. 國內空氣質量預報預警存在的不足

目前國內有實力的機構主要采用三維空氣質量模型作為預報的基礎，但普遍存在預報準確性偏低的問題，這主要是由于目前國內的大氣排放源結構復雜，源清單的制作存在很大困難，更新也不及時，源清單的誤差較大，以致多種三維空氣質量模型的表現都不如國外的應用。另外，某些物理化學過程在國外也許是不重要的，國外的模型可能不作過多考慮，但這些過程在中國可能就會顯得比較重要，這也導致了模型誤差。在大數據時代，統(tǒng)計模型在中國的空氣質量預報中也有較多研究與應用，但統(tǒng)計模型的適用性較差，只適用于小范圍使用，不能預測空氣污染的面分布情況，模型表現也有待進一步檢驗。國內目前還缺乏長期業(yè)務化運行的空氣質量預報預警系統(tǒng)，很多都僅是在初步試運行階段。

4. 結論

有效應對和妥善處置大氣重污染過程，亟需盡快建立和完善空氣質量預報預警體系。本文旨在介紹國內外空氣質量預報預警概況及國內空氣質量預報預警存在的不足。使用數值模型與統(tǒng)計模型多模型相結合的方式，加之專業(yè)預報員會商訂正以作出最終預報是解決我國預報問題的主要出路。

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