摘要：空氣不僅是大氣層的重要組成部分，而且是人們生存與發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)境因素，然而近年來隨著工業(yè)化進(jìn)程的日益加快，環(huán)境空氣質(zhì)量污染日趨嚴(yán)重。其中，在大氣環(huán)境污染程度日漸加深的過程中，霧霾等污染天氣頻繁發(fā)生且持續(xù)時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，發(fā)生的范圍也逐漸廣泛，這引發(fā)了全世界的關(guān)注和重視。為有效控制環(huán)境控制質(zhì)量的惡化，環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的建立和健全非常迫切?；诖耍狙芯吭诟攀鋈珖h(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)情況的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)其統(tǒng)計(jì)模式、數(shù)值模式以及集合模式的發(fā)展情況展開了分析，并對(duì)系統(tǒng)的不確定性因素和改進(jìn)對(duì)策進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：環(huán)境空氣質(zhì)量;預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)模式;不確定性因素;改善對(duì)策

中圖分類號(hào)：X831 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.129

Abstract：Air is not only an important part of the atmosphere，but also a key environmental factor for people s survival and development.However，in recent years， with the acceleration of industrialization，environmental air quality has become increasingly serious.Among them，in the process of increasing pollution of the atmospheric environment， polluting weather such as smog frequently occurs and the duration is gradually extended， and the scope of the occurrence is gradually wider，which has caused worldwide attention and attention.In order to effectively control the deterioration of environmental control quality，the establishment and improvement of the ambient air quality forecast and early warning system is very urgent. Based on this，on the basis of summarizing the construction of the national environmental air quality forecasting and early warning system，this study focuses on the analysis of the development of its statistical model， numerical model and aggregate model，and the uncertainty factors and improvement measures of the system Research.

Key words：Ambient air quality;Model of forecasting and early warning system;Uncertain factors;Improvement measures

近年來，隨著人們對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量重視程度的不斷加深，對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)的領(lǐng)域也獲得了快速的發(fā)展。自國務(wù)院頒布《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》以來，天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制陸續(xù)在各地建立[1]。在這一背景下，本研究對(duì)我國環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)展開了介紹，并在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了系統(tǒng)的不確定性因素和改善對(duì)策。

1 環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)

1.1 統(tǒng)計(jì)模式

在環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)中，統(tǒng)計(jì)模式是其中的一種，其基礎(chǔ)是空氣質(zhì)量以及氣象參數(shù)等歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過歷史數(shù)據(jù)的運(yùn)用，建立統(tǒng)計(jì)關(guān)系、模型等，以對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測(cè)[2]。從優(yōu)勢(shì)的角度來說，這一模式的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在較少的運(yùn)算量、實(shí)用性較強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便以及經(jīng)濟(jì)且高效等。然而，這一模式也具有一定的不足，如：時(shí)間精度、時(shí)間長(zhǎng)度以及空間尺度方面存在局限。從適用范圍這一角度來說，其主要適用于日均值預(yù)報(bào)。從預(yù)報(bào)效果的角度來說，其短期效果較好。

1.2 數(shù)值模式

數(shù)值模式也是環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)模式中的一個(gè)，其理論基礎(chǔ)是大氣動(dòng)力學(xué)，主要以氣象場(chǎng)以及排放源等作為基礎(chǔ)，在偏微積分方程組下，對(duì)大氣污染物的物理化過程進(jìn)行描述，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算進(jìn)行求解，以對(duì)污染物的濃度動(dòng)態(tài)分布情況、區(qū)域分布情況以及污染源追蹤等進(jìn)行分析[3]。目前，數(shù)值模式主要有中科院自主研發(fā)的NAQPMS模式、美國CMAQ模式等[4]。

1.3 集合模式

集合模式主要是指通過輸入關(guān)鍵參數(shù)，如：排放源、氣象場(chǎng)以及空氣質(zhì)量模式等，構(gòu)造預(yù)報(bào)樣本，預(yù)報(bào)樣本是一組有限的數(shù)量，然后利用統(tǒng)計(jì)方法將樣本結(jié)果集合、評(píng)估，以提供出預(yù)報(bào)結(jié)果[5]。這一模式的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，能夠體現(xiàn)出模式初始條件與輸入?yún)?shù)的不確定性在模式積分中的傳播，進(jìn)而提供更為準(zhǔn)確且可靠的預(yù)報(bào)信息;第二，能夠提供不同事件發(fā)生的概率，進(jìn)而促使預(yù)報(bào)的信息更為全面;第三，能夠集合不同成員的特點(diǎn)，進(jìn)而提高確定性預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

2 預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)不確定性的因素與改善對(duì)策

一直以來，科學(xué)研究以及預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用的方向都是提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性與可靠性，通過分析某市環(huán)境控制質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)，并依托集合模式，主要對(duì)系統(tǒng)模式的不確定性因素展開了探討。

2.1 污染源排放清單方面

污染源排放清單的數(shù)據(jù)來源是年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。然而在，年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)普遍存在滯后的情況。通常情況下，年度數(shù)據(jù)是一年更新一次。由此可見，污染源排放清單，其時(shí)效性不強(qiáng)。另外，從污染物排放種類這一角度來說，某市環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對(duì)較少，主要涉及生活污染源、固定污染，而對(duì)于揚(yáng)塵源油煙源等數(shù)據(jù)尚未獲取，同時(shí)僅通過年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其也是難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理的。例如，揚(yáng)塵源、機(jī)動(dòng)車尾氣源等其具有較為明顯的季節(jié)性，而油煙源則具有時(shí)段性等，另外，固定源、油煙源的分布也是不同的。因此，環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)在依托環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，將污染源排放清單進(jìn)行精細(xì)化管理，或者購買成熟的排放清單以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的更新升級(jí)。與此同時(shí)，還應(yīng)為預(yù)報(bào)人員提供便捷的排放清單更新接口。

2.2 氣象場(chǎng)及預(yù)報(bào)模式方面

氣象場(chǎng)、濕度、風(fēng)速等均會(huì)對(duì)污染物擴(kuò)散產(chǎn)生極大的影響。從氣象驅(qū)動(dòng)場(chǎng)這一角度來說，某市預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)主要采用的是美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心提供的數(shù)據(jù)，模式以美國WRF中尺度氣象預(yù)報(bào)模式為主。該中心提供的氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)存在更新不及時(shí)、精度欠缺以及地形數(shù)據(jù)陳舊等問題。與此同時(shí)，還尚未與地面氣象觀測(cè)站同步。正是由于上述不確定性，從而影響了環(huán)境空氣質(zhì)量的不確定性。為此，可在歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心將最新且精度最高的數(shù)據(jù)下載并應(yīng)用。

2.3 數(shù)值預(yù)報(bào)模式方面

在數(shù)值模式中，其模擬運(yùn)算會(huì)直接影響空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)?，F(xiàn)階段，某市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)主要有CMAQ、NAQPMS兩種模式，但其版本比較陳舊，并且兩個(gè)版本是各自獨(dú)立運(yùn)行的，尚未實(shí)現(xiàn)集合預(yù)報(bào)。另外，從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的角度來說，也尚未實(shí)現(xiàn)同步化。近年來，很多城市存在O3超標(biāo)問題，O3已成為困擾城市空氣質(zhì)量持續(xù)改善的重要污染物[6]，為更科學(xué)的模擬O3污染趨勢(shì)，亟需在模型中置入更為成熟的O3模型程序?？傊嗄Ｊ郊项A(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同步化的實(shí)現(xiàn)以及新機(jī)制置入模型等在提升預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)準(zhǔn)確性中有重要的作用。

2.4 預(yù)報(bào)人員隊(duì)伍建設(shè)方面

預(yù)報(bào)人員隊(duì)伍的水平也是影響預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)不確定性的重要因素。從預(yù)報(bào)預(yù)警的操作步驟來說，其主要是在模式給出預(yù)報(bào)結(jié)果后，由預(yù)報(bào)人員以氣象條件、監(jiān)測(cè)站等作為基礎(chǔ)，展開天氣情況會(huì)商，然后人為進(jìn)行科學(xué)訂正，進(jìn)而預(yù)報(bào)出結(jié)果。由此可見，在這一過程中，預(yù)報(bào)人員隊(duì)伍的水平起到重要的作用。然而，目前我國各地預(yù)報(bào)預(yù)警人員在氣象科學(xué)理論知識(shí)方面還比較欠缺，對(duì)模式預(yù)報(bào)的結(jié)果有較大的依賴性。因此，為壯大預(yù)報(bào)人員的隊(duì)伍，并提高其素質(zhì)，可通過培訓(xùn)方式，或者通過人才引進(jìn)的方式等，從人員素質(zhì)角度降低由于人工判定而帶來的不確定性。在人才培訓(xùn)方面，可通過培訓(xùn)需求方案與培訓(xùn)制度方面入手，促使培訓(xùn)能夠起到更好的效果。

3 結(jié)論

綜上所述，通過本文的研究主要獲得以下結(jié)論：第一，環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)有統(tǒng)計(jì)、數(shù)值以及集合模式三種模式。第一，集合模式不僅可以從確定性預(yù)報(bào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦怕暑A(yù)報(bào)，而且可以增強(qiáng)數(shù)值預(yù)報(bào)的能力。第二，對(duì)于環(huán)境空氣質(zhì)量來說，影響系統(tǒng)不確定性的因素主要包括污染源排放清單、氣象場(chǎng)、預(yù)報(bào)模式以及預(yù)報(bào)預(yù)警人員的不確定性等。第三，為降低諸多不確定性因素的影響，應(yīng)注重增強(qiáng)污染源排放清單數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)定期更新氣象場(chǎng)數(shù)據(jù)，還應(yīng)集合更多的預(yù)報(bào)模式，更應(yīng)提高預(yù)報(bào)工作人員在氣象學(xué)理論方面的知識(shí)水平。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-08-08

作者簡(jiǎn)介：楊棟（1985-），男，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境空氣。