环保气象合作预报空气质量探讨

曾 钰，黄钟霆

（湖南省环境监测中心站，湖南 长沙410014）

1 引言

现阶段我国空气污染问题日益严重，因此开展城市空气质量预报，环保部门及时、准确、全面地提供未来空气污染变化的信息，密切监视污染变化动态，合理控制污染排放[1～3]，对预防严重污染事件的发生、改善空气质量都具有非常重要的意义和作用。

2 空气质量预报

空气污染预报是一项复杂的系统工程[2]，也是当今环境科学研究的热点与难题，通过各类预报方法与多种手段相结合，可对多种大气污染物在城市、区域、全球尺度下的不同类型污染过程进行模拟预测，研究内容涉及气象、物理、化学等多个学科，包括宏观、微观等多种过程，其中城市空气质量预报是涉及多种物质、多个界面、不同介质、多种物理化学和生物过程的分支学科，它需综合考虑城市、区域的地形地貌、气象条件、污染源排放规律等诸多因素的共同影响，且环境污染的程度主要与排放源源强、地形条件和气象因素等密切相关[4]，这已成为当今城市及区域污染调控与治理的有效途径。空气污染预报从预报方法上分为潜势预报、统计预报和数值预报3种。

（1）潜势预报是以气象学为主导因素，以天气形式预报为基础的“二次预报”。潜势预报采用的基本方法是从已经发生的各次污染时间着手，在一段时间内，一定污染源存在的条件下，未来的气象条件对出现污染的可能影响，对于空气污染潜势预报，主要是基于对气象要素预报值和天气形势的预报[5～6]。

（2）统计预报是通过分析发展规律来进行预测的一种方法，各种气象因素的贡献均可在环境监测历史数据中综合体现，这需要通过对历史监测资料进行统计分析，利用SPSS等不同软件建立多元回归模型[7]。统计预报方法是对特定的城市或者区域，利用大量气象与污染物浓度的历史资料，分析天气变化规律，建立其污染物浓度与气象之间条件或非气象条件的，具有一定可信度的统计关系进行预报。

（3）数值预报是以大气动力学理论为基础，基于对大气物理和化学过程的理解，通过计算机运算，用数值计算方法求解物质守恒方程，或者简化方程形式[8]，需要了解某一城市或区域的空气质量受气象条件、污染源排放、地形、周边区域远距离输送等因素的影响。以求得污染物在未来中、短期内的浓度时空分布特征，用以来预报大气污染物浓度在空气中的动态变化，从而进一步提高大气污染预报的准确性、时效性。

3 合作预报的意义

现阶段，各省市空气质量预报工作一般由环保部门承担。但就目前而言，我国开展空气质量预报时间不长，不少区域省市还在起步阶段，停留在潜势预报阶段。就城市空气质量预报手段来说，无论是潜势预报、统计预报还是数值预报，气象条件是十分关键的影响因素。局地空气污染浓度的高低除与释放源有直接关系以外，与气象条件之间有着密切而且复杂的关系[9～10]，某一区域或者城市在一段时间污染物总排放量变化较小，因此，大气污染物的扩散能力是当地空气质量高低的重要因素。

如果天气形势发生变化，尤其是骤变时大气中污染物浓度浮动较大，例如 在强锋面过境的几小时内，大气的扩散稀释能力增强10倍以上，2014年10月28～29日长沙市AQI从223降到45，污染等级从重度污染将到优。而在某一些稳定的天气条件下，如冷锋与暖锋相持较长时间内，当地污染物极易积累，若在加上外来污染物输送，就会造成严重的空气污染事件，北京2000～2010年北京由于天气静稳积累91次大气重污染[10]，2000～2010年上海大气重污染共计26次，因此，气象条件是大气污染物浓度变化的主要因素，其中气温、降水、风向、风速等气象要素对空气污染颗粒的分布和多少都有直接的影响，利用气象资料可以很大地提高空气质量预报，掌握大气形势、把握天气变化是准确预报城市空气质量的重要前提，无论是潜势预报、统计预报还是数值预报都需要一定的气象学知识为基础。

就目前而言，环境监测部门缺乏一手的有用的气象资料，采用的气象因子较粗略，同时，气象学人才储备也较为欠缺，导致城市空气质量预报的准确率都不是很高。相对环保来说，各地区气象部门建立时间长，相关历史数据、资料齐全，对于本城市和区域气象条件掌握成熟，同时气象预报平台建立较完善，预报模式运行人才多，技术好，然而气象部门对与大气污染物的相关形成与转化机理尚有一定空白。

因此，环保部门城市空气质量预报业务开展，需要与气象部门合作，实现优势互补，资源共享，共同开展城市空气质量预报，协作会商，这将是未来城市空气质量预报预警工作的发展趋势，不仅能极大提高城市空气质量预报能力，加快城市空气质量预报平台的建设与完善，还可为减排决策提供科学依据，提高人民生活质量。

4 合作提升空气质量预报准确率

为全面应对雾霾，为以具体行动贯彻落实国务院《大气污染防治行动计划》，为深化大气污染成因研究、提升重污染天气精细化预警预报水平和改善区域空气质量，更为人民群众的正常生产和健康生活提供保障。2013年，中国气象局和环境保护部在京签署合作框架协议。这次合作将以重污染天气预警预报为重点，建立健全气象部门和环保部门的合作与会商机制，以提高应急联动响应能力；同时，联合推进重大规划的协调和实施及重大科技攻关，共同推动环境保护和气象防灾减灾重大工程建设。这标志着环保和气象部门间合作上到了一个新的台阶。

国外从20世纪50年代就开始了城市空气污染预报理论和方法的研究。国内从1973年第一次全国环保工作会议开始，陆续在大气扩散模式、污染气象学、污染气象参数与污染浓度之间的关系以及空气污染预报等方面进行了研究，并先后在北京[11]、上海[12]、兰州[10]等城市初步开展了空气污染预报的试验研究工作。他们都对气象要素与空气污染指数之间进行了相关分析，基本都反映出二者之间有着较好的相关性，并被运用于不同城市的空气污染指数预报当中。

北京市环保局与上海市环保局，作为国内最早合作发布环境空气质量预报工作的城市，市环保局和当地市气象局就已经联手，合作长达10多年，共同开展该市环境空气质量预报工作，双方技术部门建立了良好的合作共商机制，为每日向社会公众发布高质量的环境空气质量预报开展了卓有成效的工作。由环境保护部牵头，以北京、上海为榜样，天津、四川、福建、新疆、山东、山西、甘肃、宁夏、安徽、云南和湖南等多个省、市和自治州环保相关部门相继与当地气象局签署合作协议，就在空气质量预报预警方面共同合作，取长。

其内容主要涉及：一是数据共享。环保部门负责提供环境空气质量监测等相关信息，气象部门提供气象监测、天气预报等相关信息。二是人才共享。双方将加强城市空气质量预报合作，组织双方相关业务科研单位组建团队，共同研发城市空气质量预报技术，联合制作、发布城市空气质量预报。开展城市环境空气质量预报试点工作，强化专业人员技术交叉培训，逐步在由市、省道区域气质量预报。三是平台共享。建立会商机制，共同建立环境空气质量、气象数据实时共享机制和业务系统。建立日常工作预报会商机制，健全重大活动、重大节假日环境空气质量保障会商和重污染应急预警会商机制。实现两部门大气成分、环境空气质量监测信息、气象监测预报预警信息和气象卫星遥感数据的实时共享共用，实现环保和气象部门电视、网络、显示屏、大喇叭、移动终端公共发布手段共享，将空气质量预报共同发布。四是科研共享。共同组织申报及开展国家级和省部级科研课题，联合推进重大环境气象规划、项目工程的协调和实施，加强重大科技项目攻关，切实提高环境气象的科技支撑能力。同时还将进行气象条件研究课题研究，将对多年来一些重点区域不利气象条件历史数据进行综合分析研究，初步摸清不利气象条件与大气污染的关系，探索不利气象条件下有效改善环境空气质量的途径和有效措施，提出重点区域制订和完善重污染天气应急技术方案与对策建议等。

5 结语

随着工业化进程的加速，城市人口数量的增加，城市空气污染加剧，环境问题日益突出，做好城市空气质量预报工作意义重大，提升空气质量预报准确率是关键。由于目前我国城市空气质量预报还在初期，环境气象研究有待深入，环保部门与气象部分共同合作是提高空气质量预报的有效途径。我国多区域、省、市和县均相继与当地气象部门合作，签署合作协议，以优势互补、合作共赢，资源共享、分工负责，注重实效、稳步推进为原则，进一步加强环保部门与气象部门的协调、联动和合作。

实现合作预报不可一蹴而就，需要缓慢推进，各地气象条件相异，城市空气质量预报进程不一，还需要因地制宜，同时，双方合作因及时沟通，把握方法，适度用力是关键。

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