曾 鈺，黃鐘霆

（湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站，湖南 長沙410014）

1 引言

現(xiàn)階段我國空氣污染問題日益嚴(yán)重，因此開展城市空氣質(zhì)量預(yù)報，環(huán)保部門及時、準(zhǔn)確、全面地提供未來空氣污染變化的信息，密切監(jiān)視污染變化動態(tài)，合理控制污染排放[1～3]，對預(yù)防嚴(yán)重污染事件的發(fā)生、改善空氣質(zhì)量都具有非常重要的意義和作用。

2 空氣質(zhì)量預(yù)報

空氣污染預(yù)報是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程[2]，也是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)研究的熱點與難題，通過各類預(yù)報方法與多種手段相結(jié)合，可對多種大氣污染物在城市、區(qū)域、全球尺度下的不同類型污染過程進行模擬預(yù)測，研究內(nèi)容涉及氣象、物理、化學(xué)等多個學(xué)科，包括宏觀、微觀等多種過程，其中城市空氣質(zhì)量預(yù)報是涉及多種物質(zhì)、多個界面、不同介質(zhì)、多種物理化學(xué)和生物過程的分支學(xué)科，它需綜合考慮城市、區(qū)域的地形地貌、氣象條件、污染源排放規(guī)律等諸多因素的共同影響，且環(huán)境污染的程度主要與排放源源強、地形條件和氣象因素等密切相關(guān)[4]，這已成為當(dāng)今城市及區(qū)域污染調(diào)控與治理的有效途徑?？諝馕廴绢A(yù)報從預(yù)報方法上分為潛勢預(yù)報、統(tǒng)計預(yù)報和數(shù)值預(yù)報3種。

（1）潛勢預(yù)報是以氣象學(xué)為主導(dǎo)因素，以天氣形式預(yù)報為基礎(chǔ)的“二次預(yù)報”。潛勢預(yù)報采用的基本方法是從已經(jīng)發(fā)生的各次污染時間著手，在一段時間內(nèi)，一定污染源存在的條件下，未來的氣象條件對出現(xiàn)污染的可能影響，對于空氣污染潛勢預(yù)報，主要是基于對氣象要素預(yù)報值和天氣形勢的預(yù)報[5～6]。

（2）統(tǒng)計預(yù)報是通過分析發(fā)展規(guī)律來進行預(yù)測的一種方法，各種氣象因素的貢獻均可在環(huán)境監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)中綜合體現(xiàn)，這需要通過對歷史監(jiān)測資料進行統(tǒng)計分析，利用SPSS等不同軟件建立多元回歸模型[7]。統(tǒng)計預(yù)報方法是對特定的城市或者區(qū)域，利用大量氣象與污染物濃度的歷史資料，分析天氣變化規(guī)律，建立其污染物濃度與氣象之間條件或非氣象條件的，具有一定可信度的統(tǒng)計關(guān)系進行預(yù)報。

（3）數(shù)值預(yù)報是以大氣動力學(xué)理論為基礎(chǔ)，基于對大氣物理和化學(xué)過程的理解，通過計算機運算，用數(shù)值計算方法求解物質(zhì)守恒方程，或者簡化方程形式[8]，需要了解某一城市或區(qū)域的空氣質(zhì)量受氣象條件、污染源排放、地形、周邊區(qū)域遠距離輸送等因素的影響。以求得污染物在未來中、短期內(nèi)的濃度時空分布特征，用以來預(yù)報大氣污染物濃度在空氣中的動態(tài)變化，從而進一步提高大氣污染預(yù)報的準(zhǔn)確性、時效性。

3 合作預(yù)報的意義

現(xiàn)階段，各省市空氣質(zhì)量預(yù)報工作一般由環(huán)保部門承擔(dān)。但就目前而言，我國開展空氣質(zhì)量預(yù)報時間不長，不少區(qū)域省市還在起步階段，停留在潛勢預(yù)報階段。就城市空氣質(zhì)量預(yù)報手段來說，無論是潛勢預(yù)報、統(tǒng)計預(yù)報還是數(shù)值預(yù)報，氣象條件是十分關(guān)鍵的影響因素。局地空氣污染濃度的高低除與釋放源有直接關(guān)系以外，與氣象條件之間有著密切而且復(fù)雜的關(guān)系[9～10]，某一區(qū)域或者城市在一段時間污染物總排放量變化較小，因此，大氣污染物的擴散能力是當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量高低的重要因素。

如果天氣形勢發(fā)生變化，尤其是驟變時大氣中污染物濃度浮動較大，例如 在強鋒面過境的幾小時內(nèi)，大氣的擴散稀釋能力增強10倍以上，2014年10月28～29日長沙市AQI從223降到45，污染等級從重度污染將到優(yōu)。而在某一些穩(wěn)定的天氣條件下，如冷鋒與暖鋒相持較長時間內(nèi)，當(dāng)?shù)匚廴疚飿O易積累，若在加上外來污染物輸送，就會造成嚴(yán)重的空氣污染事件，北京2000～2010年北京由于天氣靜穩(wěn)積累91次大氣重污染[10]，2000～2010年上海大氣重污染共計26次，因此，氣象條件是大氣污染物濃度變化的主要因素，其中氣溫、降水、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素對空氣污染顆粒的分布和多少都有直接的影響，利用氣象資料可以很大地提高空氣質(zhì)量預(yù)報，掌握大氣形勢、把握天氣變化是準(zhǔn)確預(yù)報城市空氣質(zhì)量的重要前提，無論是潛勢預(yù)報、統(tǒng)計預(yù)報還是數(shù)值預(yù)報都需要一定的氣象學(xué)知識為基礎(chǔ)。

就目前而言，環(huán)境監(jiān)測部門缺乏一手的有用的氣象資料，采用的氣象因子較粗略，同時，氣象學(xué)人才儲備也較為欠缺，導(dǎo)致城市空氣質(zhì)量預(yù)報的準(zhǔn)確率都不是很高。相對環(huán)保來說，各地區(qū)氣象部門建立時間長，相關(guān)歷史數(shù)據(jù)、資料齊全，對于本城市和區(qū)域氣象條件掌握成熟，同時氣象預(yù)報平臺建立較完善，預(yù)報模式運行人才多，技術(shù)好，然而氣象部門對與大氣污染物的相關(guān)形成與轉(zhuǎn)化機理尚有一定空白。

因此，環(huán)保部門城市空氣質(zhì)量預(yù)報業(yè)務(wù)開展，需要與氣象部門合作，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，資源共享，共同開展城市空氣質(zhì)量預(yù)報，協(xié)作會商，這將是未來城市空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警工作的發(fā)展趨勢，不僅能極大提高城市空氣質(zhì)量預(yù)報能力，加快城市空氣質(zhì)量預(yù)報平臺的建設(shè)與完善，還可為減排決策提供科學(xué)依據(jù)，提高人民生活質(zhì)量。

4 合作提升空氣質(zhì)量預(yù)報準(zhǔn)確率

為全面應(yīng)對霧霾，為以具體行動貫徹落實國務(wù)院《大氣污染防治行動計劃》，為深化大氣污染成因研究、提升重污染天氣精細化預(yù)警預(yù)報水平和改善區(qū)域空氣質(zhì)量，更為人民群眾的正常生產(chǎn)和健康生活提供保障。2013年，中國氣象局和環(huán)境保護部在京簽署合作框架協(xié)議。這次合作將以重污染天氣預(yù)警預(yù)報為重點，建立健全氣象部門和環(huán)保部門的合作與會商機制，以提高應(yīng)急聯(lián)動響應(yīng)能力；同時，聯(lián)合推進重大規(guī)劃的協(xié)調(diào)和實施及重大科技攻關(guān)，共同推動環(huán)境保護和氣象防災(zāi)減災(zāi)重大工程建設(shè)。這標(biāo)志著環(huán)保和氣象部門間合作上到了一個新的臺階。

國外從20世紀(jì)50年代就開始了城市空氣污染預(yù)報理論和方法的研究。國內(nèi)從1973年第一次全國環(huán)保工作會議開始，陸續(xù)在大氣擴散模式、污染氣象學(xué)、污染氣象參數(shù)與污染濃度之間的關(guān)系以及空氣污染預(yù)報等方面進行了研究，并先后在北京[11]、上海[12]、蘭州[10]等城市初步開展了空氣污染預(yù)報的試驗研究工作。他們都對氣象要素與空氣污染指數(shù)之間進行了相關(guān)分析，基本都反映出二者之間有著較好的相關(guān)性，并被運用于不同城市的空氣污染指數(shù)預(yù)報當(dāng)中。

北京市環(huán)保局與上海市環(huán)保局，作為國內(nèi)最早合作發(fā)布環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報工作的城市，市環(huán)保局和當(dāng)?shù)厥袣庀缶志鸵呀?jīng)聯(lián)手，合作長達10多年，共同開展該市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報工作，雙方技術(shù)部門建立了良好的合作共商機制，為每日向社會公眾發(fā)布高質(zhì)量的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報開展了卓有成效的工作。由環(huán)境保護部牽頭，以北京、上海為榜樣，天津、四川、福建、新疆、山東、山西、甘肅、寧夏、安徽、云南和湖南等多個省、市和自治州環(huán)保相關(guān)部門相繼與當(dāng)?shù)貧庀缶趾炇鸷献鲄f(xié)議，就在空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警方面共同合作，取長。

其內(nèi)容主要涉及：一是數(shù)據(jù)共享。環(huán)保部門負(fù)責(zé)提供環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測等相關(guān)信息，氣象部門提供氣象監(jiān)測、天氣預(yù)報等相關(guān)信息。二是人才共享。雙方將加強城市空氣質(zhì)量預(yù)報合作，組織雙方相關(guān)業(yè)務(wù)科研單位組建團隊，共同研發(fā)城市空氣質(zhì)量預(yù)報技術(shù)，聯(lián)合制作、發(fā)布城市空氣質(zhì)量預(yù)報。開展城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報試點工作，強化專業(yè)人員技術(shù)交叉培訓(xùn)，逐步在由市、省道區(qū)域氣質(zhì)量預(yù)報。三是平臺共享。建立會商機制，共同建立環(huán)境空氣質(zhì)量、氣象數(shù)據(jù)實時共享機制和業(yè)務(wù)系統(tǒng)。建立日常工作預(yù)報會商機制，健全重大活動、重大節(jié)假日環(huán)境空氣質(zhì)量保障會商和重污染應(yīng)急預(yù)警會商機制。實現(xiàn)兩部門大氣成分、環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測信息、氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)警信息和氣象衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的實時共享共用，實現(xiàn)環(huán)保和氣象部門電視、網(wǎng)絡(luò)、顯示屏、大喇叭、移動終端公共發(fā)布手段共享，將空氣質(zhì)量預(yù)報共同發(fā)布。四是科研共享。共同組織申報及開展國家級和省部級科研課題，聯(lián)合推進重大環(huán)境氣象規(guī)劃、項目工程的協(xié)調(diào)和實施，加強重大科技項目攻關(guān)，切實提高環(huán)境氣象的科技支撐能力。同時還將進行氣象條件研究課題研究，將對多年來一些重點區(qū)域不利氣象條件歷史數(shù)據(jù)進行綜合分析研究，初步摸清不利氣象條件與大氣污染的關(guān)系，探索不利氣象條件下有效改善環(huán)境空氣質(zhì)量的途徑和有效措施，提出重點區(qū)域制訂和完善重污染天氣應(yīng)急技術(shù)方案與對策建議等。

5 結(jié)語

隨著工業(yè)化進程的加速，城市人口數(shù)量的增加，城市空氣污染加劇，環(huán)境問題日益突出，做好城市空氣質(zhì)量預(yù)報工作意義重大，提升空氣質(zhì)量預(yù)報準(zhǔn)確率是關(guān)鍵。由于目前我國城市空氣質(zhì)量預(yù)報還在初期，環(huán)境氣象研究有待深入，環(huán)保部門與氣象部分共同合作是提高空氣質(zhì)量預(yù)報的有效途徑。我國多區(qū)域、省、市和縣均相繼與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T合作，簽署合作協(xié)議，以優(yōu)勢互補、合作共贏，資源共享、分工負(fù)責(zé)，注重實效、穩(wěn)步推進為原則，進一步加強環(huán)保部門與氣象部門的協(xié)調(diào)、聯(lián)動和合作。

實現(xiàn)合作預(yù)報不可一蹴而就，需要緩慢推進，各地氣象條件相異，城市空氣質(zhì)量預(yù)報進程不一，還需要因地制宜，同時，雙方合作因及時溝通，把握方法，適度用力是關(guān)鍵。

[1]白曉平，李 紅，方 棟，等.資料同化在空氣質(zhì)量預(yù)報中的應(yīng)用[J].地球科學(xué)進展，2007，22（1）：67～73.

[2]朱 榮，徐大海，孟燕君，等.城市空氣污染數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)CAPPS及其應(yīng)用[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2001，12（3）：267～278.

[3]李 璐，劉永紅，蔡 銘，等.基于氣象相似準(zhǔn)則的城市空氣質(zhì)量預(yù)報模型[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36（5）：156～161.

[3]周江興.北京市幾種主要污染物濃度與氣象要素的相關(guān)分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2005，5（16）：123～127.

[4]王志國.城市空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報方法研究[J].上海環(huán)境科學(xué)，2003，22（5）：317～321.

[5]任萬輝，蘇樅樅，趙宏德.城市環(huán)境空氣污染預(yù)報研究進展[J].環(huán)境保護科學(xué)，2010（3）：9～11.

[6]楊 民，王慶梅，馬印飛.蘭州市大氣污染氣象潛勢預(yù)報研究[J].甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，2009，25（3）：155～157.

[7]譚德彪，城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報模式的研究[J].攀枝花科技與信息，2004（1）：172～175.

[8]汪小欽，王體健，李宗愷.邊界層參數(shù)化方案的探討[J].氣象科學(xué)，1996，16（4）：336～344.

[9]向玉春，沈鐵元，陳正洪，等.城市空氣質(zhì)量預(yù)報質(zhì)量評估系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J].氣象，2002，28（12）：20～23.

[10]楊 民，王慶梅，馬印飛，等.蘭州市空氣質(zhì)量預(yù)報系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及效果檢驗[J].環(huán)境與氣象，2002，20（2）：22～26.

[11]李令軍，王 英，李金香，等.2000～2010北京大氣重污染研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，2012，32（1）：23～33.

[12]談建國，邵德民，黃家鑫.上海城市空氣質(zhì)量預(yù)報（日報）業(yè)務(wù)系統(tǒng)探討[J].氣象，2005，27（6）：33～35.