汪巍;高愈霄;赵熠琳;许荣;朱莉莉;李健军;李国刚;翟超英
【摘 要】Ambient air quality forcast is urgently needed due to the increasingly serious problems of atmospheric environment in China. To have a better knowledge on the basic conditions and requirements of air quality forecast in small and medium-sized cities in China, and also to promote the construction of national air quality forecast system, an experimental work regarding air quality forecast was carried out based on an statistical model forecast system in 8 typical small and medium-sized cities organized by China National Environmental Monitoring Center. Based on this work, this paper gives some insight into method selection, basic conditions as well as technical levels of air quality forecast for national system construction, and also offers some suggestions on how to promote capacity building of air quality forecast in small and medium-sized cities in China.%当前中国大气污染形势严峻，迫切需要开展环境空气质量预报预警业务工作。为调研国内中小城市开展空气质量预报的基础条件和业务需求，促进全国城市空气质量业务体系 建设，中国环境监测总站组织8个典型中小城市，利用基于数值预报基础的统计模式预报系统开展了空气质量预报实验工作。在此基础上，针对开展全国预报业务体系建设所需的中小城市预报方法、基础条件、人员技术水平等方面进行专项调研，并对国内中小城市开展空气质量预报能力建设和业务工作面临的问题、困难提出了建议和参考对策。 【期刊名称】《中国环境监测》
【年(卷),期】2015(000)006
【总页数】5页(P134-138)
【关键词】环境空气质量预报;中小城市;能力建设;建议
【作 者】汪巍;高愈霄;赵熠琳;许荣;朱莉莉;李健军;李国刚;翟超英
【作者单位】中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监
测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012;中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012
【正文语种】腰医绅中 文
【中图分类】X830.3
近年来，中国中东部地区多次发生大范围、长时间的连续重污染过程，对公众健康、生态环境、交通运输、生产生活等造成重大影响，引起全社会的广泛关注［1-3］。按照环境空气质量新标准评价，2014年京津冀、长三角、珠三角区域(以下简称“三区”)以及直辖市、省会城市和计划单列市共74个城市的超标天数为34%，其中重度及以上污染天数比例约为6%［4］，与2013年相比，74个重点城市空气质量总体改善，大气污染治理工作初显成效。但由于当前复合型的大气污染成因十分复杂，大气污染来源、形成机理、扩散规律等一系列基础科学问题尚在研究探索阶段，空气重污染尚未得到有效遏制，大气污染形势仍
然十分严峻，大气污染防治工作依然任重而道远。
环境空气质量预报能够为广大公众的日常生活提供咨询建议，能够为管理部门制定区域大气污染防治政策、在重污染天气来临之前及时采取预警应急措施提供关键技术支撑，是环境保护工作的一个重要领域。国务院2013年颁布的《大气污染防治行动计划》(以下简称《计划》)明确指出，三区各省市及其他省(区、直辖市)、副省级市和省会城市环保部门要建立重污染天气监测预警体系，形成环境空气质量预报预警能力并及时发布监测预警信息［5］。由于大气污染问题的区域性特征，国内广大中小城市(尤其是中东部地区)同样受到区域性大气污染的直接影响，也同样有开展空气质量预报预警的现实需求。然而，与直辖市、省会城市和计划单列市等大城市相比，大部分中小城市尚不具备按新标准开展环境空气质量预报的能力。同时，由于各地污染状况、地理位置与类型以及气候条件等客观因素不同，不同地区的预报方法和流程难以标准化，也会给中小城市预报工作的推动带来一定困难。
为深入了解中小城市开展空气质量业务预报的基础条件和可行性、调研全国预报业务体系建设相关中小城市对预报软硬件和技术方法的实际需求，总站联合中科院大气物理研究所，bichong
在8个有典型地域代表性的中小城市开展了为期一个月的预报试验工作。针对中小城市环境监测站开展预报能力建设和业务工作面临的困难、问题进行调研和初步分析，并提出了相应的对策和建议，以期为中小城市空气质量预报工作的开展提供参考与借鉴。
1 空气质量预报试点
1.1 试验城市
综合考虑不同地域地理和气候特征、城市规模、监测站业务基础条件等代表性因素，选取8个中小城市作为预报试验城市，如表1所示。这些城市基本覆盖了中国大部分地区的地理、气候类型以及污染水平，其人员编制、技术能力也能够代表中小城市的平均水平。
范木根表1 空气质量预报试验城市概况序号 城市 区域 地理类型 气候类型1西安 西北 关中平原 温带季风气候2 滁州 华东 江淮丘陵 亚热带季风气候3 西宁 西北 青藏高原 高原大陆性气候4 南宁 华南 河谷盆地 亚热带季风气候5 佳木斯 东北 三江平原 温带大陆性气候6 嘉峪关 西北 戈壁滩 温带大陆性气候7 眉山 西南 四川盆地 亚热带季风气候8衡水 华北 华北平原 温带季风气候
8个试验城市中，南宁自2014年9月起初步探索开展新空气质量标准AQI预报，为广西南宁东盟峰会提供空气质量预报保障，但为期时间很短;西安具备原标准空气质量API预报经验，但不具备AQI预报经验。其他城市均无任何预报经验。目前，8个城市具备全国空气质量预报水平的平均代表性。
齿轮有限元分析1.2 预报方法
1.2.1 计算机系统预报方法
计算机模式预报方法是开展环境空气质量预报的重要基础，目前主要有数值模式、统计模式两种基本方法。
数值模式能够以较高的时空分辨率反映大气污染的形成机理、时空分布、变化趋势，但专业性较强、硬件要求高，运行维护复杂，并且需要持续更新大气污染物排放清单，因此比较适用于区域和省际尺度的空气质量形势研判，为城市精细化预报提供初始场和边界条件等，而普通中小城市自行建立运行数值模式开展预报的可操作性不高。
统计模式以统计学方法为基础，利用历史监测数据研究大气污染的变化规律，建立大气污
染物浓度与气象参数等影响因子之间的统计模型，以此来预测大气污染物浓度。与数值模式相比，统计模式预报结果准确率高，硬件要求低，但无法反映污染过程的来龙去脉，且预报结果的时空分辨率低，难以为城市和区域尺度的大气污染联防联控工作提供足够的技术支持。
试验工作采用的预报系统是中国科学院大气物理研究所研发的基于数值预报基础的统计模式预报方法，设计将数值模式与统计模式相结合，可利用国家平台下发的数值预报格点数据在GIS平台上展示影响城市空气质量的污染过程和演变趋势，同时可利用系统内的统计预报模块开展城市各监测点位的空气质量预报，可充分利用两种预报方法的优势。各试验城市预报系统用于展示污染趋势变化的格点数据由国家预报预警中心的数值预报平台下发，无需各城市另行运转复杂的数值模式。
地缘政治
1.2.2 人工客观订正方法
人工客观订正方法应用总站预报中心基于空气质量预报通用技术和经验框架总结的五步法，如图1所示。流程包括数值和统计预报模式产品分析、本地和区域污染源变化分析、大气扩散条件分析、实时和历史监测资料分析、人工客观订正五个步骤，具体方法参见文献
［6］。试验工作前期，总站派员赴各试验城市开展了五步法培训，同时每日下发总站测试平台模式预报初步指导产品(中东部地区未来5日空气质量分布图)供各试验城市参考。
麦克斯韦方程组图1 预报方法流程
各城市预报员基于上述预报系统的预报结果，结合网络上各种国内外大气条件形势产品等资料，对辖区大气污染规律、地理地形条件、大气扩散条件影响因素、城市污染源和周边地区污染传输等进行综合分析判断，初步开展人工客观订正。
1.3 配置要求
试验采用的统计模式预报系统作为各城市监测站的业务预报平台，能够接收国家、区域或省级预报中心下发的数值预报模式指导产品及格点数据，在此基础上结合经训练后适用于当地的统计预报模式，通过系统内的GIS平台展示未来48 h城市辖区各国控点位的预报结果及区域空气质量污染变化形势。
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