鄧 聰，王 健，向 峰，邱 飛

云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034

典型高原山地城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)設(shè)計(jì)

鄧 聰，王 健，向 峰，邱 飛

云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)作為一種重要的工具用于為公眾提供空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)信息、評估城市空氣質(zhì)量，為污染控制戰(zhàn)略、動(dòng)態(tài)環(huán)境管理以及決策制定提供支持。研究對國內(nèi)外環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧，以云南省為例提出了高原山地城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警體系建設(shè)的整體思路，針對系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，提出了環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)所面臨的問題以及對未來發(fā)展方向的建議。

空氣質(zhì)量；預(yù)報(bào)預(yù)警；回顧

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展及公眾環(huán)保意識的提高，環(huán)境空氣質(zhì)量及其對健康的影響受到越來越多的關(guān)注[1-3]。2012年以來，全國大部分城市接連發(fā)生大范圍、長時(shí)間、高濃度污染天氣過程[4-7]，嚴(yán)重影響了人們的身體健康及生產(chǎn)生活[8-10]。為改善環(huán)境空氣質(zhì)量，國家出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見的通知》，2012年頒布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，2013年國務(wù)院又出臺(tái)《關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》，這是建立在宏觀戰(zhàn)略上的為改善空氣質(zhì)量的國家層面的頂層設(shè)計(jì)，明確了重污染天氣預(yù)警體系建設(shè)要求，要求除國家重點(diǎn)區(qū)域外的各省(區(qū)、市)，副省級市，省會(huì)城市于2015年底前完成，同時(shí)做好重污染天氣形勢研判分析、完善會(huì)商機(jī)制，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布監(jiān)測預(yù)警信息。

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)[11-13]是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是以數(shù)學(xué)方法來描述空氣質(zhì)量與外界條件之間定量關(guān)系的重要手段，是描述大氣污染物時(shí)空分布的主要工具，也是制定污染排放法規(guī)與控制對策的理論依據(jù)。目前主要的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法包括以統(tǒng)計(jì)學(xué)原理為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)模型和以大氣動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬。預(yù)測就是根據(jù)過去和現(xiàn)在估計(jì)未來，預(yù)測屬于方法研究范疇，即如何利用科學(xué)的方法對事物的未來發(fā)展進(jìn)行定量推測。實(shí)際資料是預(yù)測的依據(jù)；理論是預(yù)測的基礎(chǔ)；數(shù)學(xué)模型是預(yù)測的手段。

通過環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)，為管理部門掌握空氣質(zhì)量和大氣污染的發(fā)展態(tài)勢，制定區(qū)域大氣污染防治政策和措施提供技術(shù)支撐，對重污染天氣下的應(yīng)急防范措施提供及時(shí)的預(yù)警信息和決策建議具有十分重大的意義。

1 平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀分析

中國幅員遼闊，東西部地區(qū)海拔高差大，地形差異明顯，氣象條件差異顯著，污染物遷移擴(kuò)散和轉(zhuǎn)化機(jī)制有明顯不同，根據(jù)復(fù)雜地形條件下的大氣擴(kuò)散規(guī)律，選擇適合的模型已成為當(dāng)前影響數(shù)值模式準(zhǔn)確率的關(guān)鍵因素之一。復(fù)雜地形上的污染過程與局地氣象條件和地形因素有著密切的關(guān)系，低層大氣受下墊面的強(qiáng)烈影響，在水平和鉛直2個(gè)方向上形成特殊的風(fēng)場、溫度場和壓力場，在地形的限制和阻塞下，污染物的遷移擴(kuò)散規(guī)律有完全不同于平原地區(qū)的擴(kuò)散特征[14-16]。目前已有一些應(yīng)用在復(fù)雜地形的污染物擴(kuò)散數(shù)值模式和一些統(tǒng)計(jì)模型，但大多數(shù)只能在十分典型的氣象和地形條件下應(yīng)用。平原地區(qū)不同地點(diǎn)的研究結(jié)果具有較好的可比性，但復(fù)雜地形和氣象條件有明顯的個(gè)例差異[17-19]，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模型選用具有實(shí)際意義。

云南省地處云貴高原，位于北半球低緯度向中緯度過渡的地帶，北回歸線從省內(nèi)南部穿過，受低緯度、高海拔地理?xiàng)l件綜合影響，南近熱帶洋，西北倚青藏高原，受東亞季風(fēng)、西南季風(fēng)和高原季風(fēng)的綜合影響，形成了晝夜溫差大、四季溫差小、冬干夏雨、干濕季分明的季風(fēng)氣候。由于地形復(fù)雜，海拔高差懸殊，境內(nèi)最高海拔差距達(dá)6 663 m，形成了氣候垂直差異十分顯著的高原山地氣候。云南與其他高原山地城市一樣，有著與平原地區(qū)差異巨大的地理、氣象等條件，所以云南省環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系的建設(shè)對其他復(fù)雜地形及高原山地城市同樣具有借鑒意義。

美國等西方國家在歷史上都曾經(jīng)歷過空氣污染的慘痛教訓(xùn)，早在20世紀(jì)50年代就開始了空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)理論知識的研究，此后逐漸成為熱點(diǎn)，先后發(fā)展了一大批專業(yè)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式。這些模式涵蓋了大、中、小尺度，涉及多種數(shù)理化學(xué)機(jī)制運(yùn)用，每種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同模型適用性參差不齊，對污染物的模擬結(jié)果差異巨大，所以根據(jù)實(shí)際情況選用適當(dāng)?shù)哪Ｐ途哂惺种匾囊饬x。

在綜合考慮云南省特殊地形、氣象條件、區(qū)域能源結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的協(xié)同性基礎(chǔ)之上，根據(jù)國家環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)體系建設(shè)相關(guān)要求，選用NAQPMS[20]、CMAQ[21]、CMAx空氣質(zhì)量預(yù)測為主，統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)為輔的多模式集合預(yù)報(bào)為基礎(chǔ)，構(gòu)建云南省省級環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全省區(qū)域或16個(gè)州(市)未來24、48、72 h環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)；實(shí)時(shí)追蹤分析重污染天氣過程，對重污染條件下環(huán)境質(zhì)量變化趨勢進(jìn)行預(yù)測分析，按照相關(guān)要求，向管理部門及公眾發(fā)出預(yù)警建議；對重污染條件下污染成因進(jìn)行溯源分析，追蹤污染物輸送情況，為防范空氣重污染提供決策支持，為高原山地城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警工作提供基礎(chǔ)支撐及理論指導(dǎo)。

2 云南省省級環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警體系

云南省省級空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)由動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)、多模式數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)、空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、排放清單系統(tǒng)、計(jì)算資源與環(huán)境硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)綜合管理與分析系統(tǒng)、預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、可視化會(huì)商系統(tǒng)和預(yù)報(bào)信息服務(wù)系統(tǒng)等組成，預(yù)報(bào)預(yù)警體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 云南省省級環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)體系架構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of Yunnan provincial air quality forecast and warning system

2.1動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)

動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)是集合預(yù)報(bào)體系架構(gòu)的重要組成部分，是數(shù)值預(yù)報(bào)的必要補(bǔ)充，為空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警提供更多參考依據(jù)。根據(jù)云南省各州(市)污染源分布狀況和特殊的地理位置條件，以全省各州(市)空氣質(zhì)量歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)與氣象部門提供的歷史氣象觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建設(shè)省級環(huán)境空氣質(zhì)量動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)，模型選用空氣質(zhì)量常規(guī)6項(xiàng)污染物數(shù)據(jù)、常規(guī)氣象參數(shù)以及海拔高度進(jìn)行建模，對常規(guī)污染物濃度、氣象數(shù)據(jù)以及海拔高度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，有效解決氣象參數(shù)以及海拔與環(huán)境數(shù)據(jù)的非線性關(guān)系。動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模式利用編程、數(shù)據(jù)庫、專業(yè)統(tǒng)計(jì)平臺(tái)、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)建立成體系化的、可自我學(xué)習(xí)的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)模式系統(tǒng)，可以有效地解決靜態(tài)模型適用期較短的問題，同時(shí)可以針對不同站點(diǎn)、不同污染物、不同時(shí)段建立預(yù)報(bào)模型，并通過進(jìn)一步模型的診斷分析及驗(yàn)證檢驗(yàn)，篩選預(yù)測性能良好的模型并作為業(yè)務(wù)模型進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型集合系統(tǒng)，指針對不同的預(yù)報(bào)需求，采用不同統(tǒng)計(jì)方法，形成多方法、多站點(diǎn)、多項(xiàng)污染物的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型集合。采用的統(tǒng)計(jì)方法主要包括多元線性回歸、判別分析、時(shí)間序列等多種統(tǒng)計(jì)方法。系統(tǒng)會(huì)選擇不同的建模數(shù)據(jù)集合，自動(dòng)批量地建立模型，并獲取模型的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，根據(jù)預(yù)報(bào)因子穩(wěn)定性、模型統(tǒng)計(jì)參數(shù)優(yōu)劣等模型性能參考要素，篩選出一組性能最優(yōu)的模型，作為參與預(yù)報(bào)計(jì)算的模型。根據(jù)站點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，系統(tǒng)可自動(dòng)匹配數(shù)值氣象數(shù)據(jù)序列，形成預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)集合并建立模型，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有站點(diǎn)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。對于新增的站點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)有一定積累時(shí)，系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)新增站點(diǎn)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

2.2數(shù)值模式系統(tǒng)

云南省空氣質(zhì)量數(shù)值模式系統(tǒng)采用多模式集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，統(tǒng)一區(qū)域設(shè)置、統(tǒng)一排放清單、統(tǒng)一氣象場驅(qū)動(dòng)，空氣質(zhì)量數(shù)值模式采用國內(nèi)應(yīng)用成熟、業(yè)務(wù)化程度高、對高原山地城市或者復(fù)雜地形性能良好的NAQPMS以及CMAQ、CAMx、WRF-CHEM組成的多模式集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)。模式計(jì)算采用三重嵌套區(qū)域設(shè)置，第一層嵌套為西南地區(qū)，水平分辨率為27 km，第二層嵌套為云南省及周邊地區(qū)，水平分辨率為9 km，第三層嵌套為重點(diǎn)城市群，水平分辨率為3 km，模式計(jì)算垂直范圍從地面到20 km高度，垂直分層不少于20層，在網(wǎng)格劃分的時(shí)候追隨地形。通過氣象站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)對氣象場進(jìn)行同化?？蓪?shí)現(xiàn)未來24、48、72 h可用的云南省各州(市)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，以及未來 7 d可供參考的污染趨勢預(yù)測，預(yù)報(bào)輸出結(jié)果的時(shí)間分辨率不低于1 h。在計(jì)算能力保障的情況下，完成每次預(yù)報(bào)的模式計(jì)算時(shí)間不超過8 h。

空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)的基礎(chǔ)，為數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)提供預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)的比對。系統(tǒng)還包含了空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)評價(jià)功能，方便預(yù)報(bào)員對空氣質(zhì)量實(shí)況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并作為模式預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)效果評估的基準(zhǔn)。

2.3排放清單系統(tǒng)

排放源清單既是數(shù)值模式重要的初始輸入數(shù)據(jù)，又是研究污染物物理化學(xué)轉(zhuǎn)化過程和機(jī)制的先決條件。其核心是在建立城市高分辨率排放清單的基礎(chǔ)上，耦合區(qū)域排放清單數(shù)據(jù)，并進(jìn)行時(shí)間、空間和化學(xué)物種分配，以網(wǎng)格化方式輸出排放數(shù)據(jù)，以滿足預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)模擬需要。城市排放清單主要包括工業(yè)源、機(jī)動(dòng)車、民用、農(nóng)業(yè)、生物質(zhì)燃燒等人為排放源；區(qū)域排放清單主要包括各種人為源及天然源。根據(jù)預(yù)警預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的多重嵌套區(qū)域提供對應(yīng)空間分辨率的排放清單數(shù)據(jù)，將經(jīng)過時(shí)空分解以及化學(xué)分解之后的排放清單，通過污染源排放模式，轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格化形式的能夠作為空氣質(zhì)量模式輸入數(shù)據(jù)的格式，根據(jù)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的需要適時(shí)對排放清單進(jìn)行更新維護(hù)，形成源清單動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)、污染溯源追蹤、措施情景模擬等功能。

云南省省級預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)使用了全國多尺度排放清單模型 (Multi-resolution Emission Inventory for China)，是一套基于云計(jì)算平臺(tái)開發(fā)的中國大氣污染物和溫室氣體人為源排放清單模型，清單涵蓋10種主要大氣污染物和溫室氣體(SO2、NOx、CO、NMVOC、NH3、CO2、PM2.5、PM10、BC和OC)和700多種人為排放源。在二期建設(shè)中制作了云南省本地化源清單，并開發(fā)了動(dòng)態(tài)更新工具，用于達(dá)標(biāo)規(guī)劃、應(yīng)急模擬等情景應(yīng)用，結(jié)合高原山地城市復(fù)雜地形氣候情況，在源清單制作過程充分考慮氣候條件、污染控制措施、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及季節(jié)性污染源的影響，本地化的動(dòng)態(tài)源清單建立是保證數(shù)值模擬準(zhǔn)確度的關(guān)鍵所在。

2.4數(shù)據(jù)綜合管理與分析系統(tǒng)

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警需要強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，從而產(chǎn)生各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)能力及其穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)境是空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)的保障。環(huán)境信息的綜合分析是預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)，是加深對本地區(qū)空氣污染特點(diǎn)、形成原因、主要影響因素了解的重要技術(shù)手段。環(huán)境信息綜合分析通過環(huán)境圖像的瀏覽分析、各類環(huán)境數(shù)據(jù)查詢分析、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析及專題定制圖形分析等模塊實(shí)現(xiàn)具體功能。由于環(huán)境信息的種類多，信息量巨大，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通用查詢，需要根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)的需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行良好的組織。數(shù)據(jù)的查詢方式應(yīng)包括數(shù)據(jù)的時(shí)間序列查詢、基于監(jiān)測站點(diǎn)的數(shù)據(jù)查詢、基于按污染物或要素分組的查詢、數(shù)據(jù)的同比和環(huán)比分析查詢。

預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)是預(yù)報(bào)員開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)的工作平臺(tái)，同時(shí)集成了面向管理人員的發(fā)布系統(tǒng)?；谀Ｊ筋A(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)警規(guī)則與條件，預(yù)警識別模塊自動(dòng)計(jì)算出未來是否存在重污染情況、重污染持續(xù)時(shí)間、影響地域、影響面積和影響人口等，并根據(jù)預(yù)警級別的定義進(jìn)行相應(yīng)預(yù)警級別的識別。業(yè)務(wù)分析能力是模型功能完善的體現(xiàn)，預(yù)報(bào)團(tuán)隊(duì)定期對上周的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)進(jìn)行回顧，回顧上周區(qū)域或城市污染情況，各種污染物變化情況、天氣變化情況，并通過預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，分析預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率和不準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的原因。

系統(tǒng)還包含了常規(guī)電話會(huì)商和可視化會(huì)商系統(tǒng)，基于數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)生的各種產(chǎn)品以及各種觀測的數(shù)據(jù)，通過國家、各州(市)、氣象部門專家和預(yù)報(bào)員共同分析未來污染情況、未來污染走勢、重污染情況的成因等?？梢暬瘯?huì)商系統(tǒng)通過視頻會(huì)議系統(tǒng)，高效直觀地開展多部門會(huì)商。系統(tǒng)預(yù)報(bào)信息服務(wù)系統(tǒng)包括預(yù)報(bào)信息內(nèi)部服務(wù)模塊、公眾服務(wù)模塊和信息交換模塊等，系統(tǒng)產(chǎn)生的產(chǎn)品通過該系統(tǒng)為國家預(yù)報(bào)預(yù)警中心、區(qū)域中心、地市中心和公眾提供服務(wù)。

2.5計(jì)算機(jī)硬件支撐系統(tǒng)

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警需要較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)支持系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，從而產(chǎn)生各種預(yù)報(bào)產(chǎn)品，因此計(jì)算機(jī)能力及其穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)境是空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)的保障。

空氣質(zhì)量多模式預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)硬件環(huán)境主要包括2部分：用于模式計(jì)算的高性能集群和用于業(yè)務(wù)處理的應(yīng)用/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其中模式計(jì)算包括WRF模式、SMOKE模式和多種空氣質(zhì)量模式；業(yè)務(wù)處理包括數(shù)據(jù)庫、WEB應(yīng)用、數(shù)據(jù)分發(fā)與展現(xiàn)等應(yīng)用服務(wù)器。

平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目考慮模式計(jì)算需求，高性能集群部分配置872個(gè)計(jì)算核心，312 TB存儲(chǔ)空間，并配置6臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器。由于預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)會(huì)定時(shí)從國外網(wǎng)站下載氣象初始場和邊界條件、國內(nèi)氣象站點(diǎn)發(fā)布的觀測數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)產(chǎn)品，因此需考慮對系統(tǒng)的安全保護(hù)。系統(tǒng)配備36個(gè)計(jì)算刀片，配置Intel Xeon E5-2680v4系列雙路處理器。對存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，增加了216 TB存儲(chǔ)空間。

3 結(jié)論與展望

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模型有助于我們對污染物擴(kuò)散行為的了解，為公眾提供及時(shí)的健康指引，為污染防治提供技術(shù)支持和決策導(dǎo)向。研究介紹了云南省空氣質(zhì)量模型建設(shè)歷程，總結(jié)和分析了環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)的主要功能架構(gòu)，針對高原山地城市地形、氣象等顯著差異，在平臺(tái)建設(shè)的過程中加入了地形追隨和氣象資料同化功能，并在模型的應(yīng)用過程不斷檢驗(yàn)和修正，對典型高原山地城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警體系建設(shè)過程中存在的問題以及發(fā)展趨勢提出了相應(yīng)的看法和建議。

3.1模型選用原則

為避免對模型的“盲目選用”，降低模型自身的不確定性，建議在模型選擇時(shí)應(yīng)考慮以下4個(gè)原則：一是確保模型選用與所研究問題的適用性，根據(jù)客觀存在的問題選擇模型；二是注重模型模擬結(jié)果的趨勢性分析以及對污染轉(zhuǎn)折點(diǎn)的把握，保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確及可比性；第三，淡化“絕對值”，注重“變化值及相對值”，同時(shí)充分利用現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)；第四，模型模擬結(jié)果的驗(yàn)證應(yīng)淡化“時(shí)間”序列驗(yàn)證，強(qiáng)化“空間”點(diǎn)位的趨勢性驗(yàn)證。

3.2模型本土化存在的問題

目前國內(nèi)使用的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模型主要是多模式集合預(yù)報(bào)，其中包含許多國外的模式。對于引入國外模型的本土化是一個(gè)重要的課題，很多國外模型對氣象數(shù)據(jù)、排放源清單等要求苛刻，而國內(nèi)現(xiàn)有數(shù)據(jù)時(shí)空分辨率較低，很難滿足模型關(guān)鍵參數(shù)的要求，導(dǎo)致模擬精度不夠。排放清單的不確定性是影響模型的最主要因素，目前國內(nèi)污染源數(shù)據(jù)仍然處于百家爭鳴的狀態(tài)，各大科學(xué)研究院所各自開展了源清單的研究工作，呈現(xiàn)出多樣化趨勢。此外，人類對大氣物理、大氣化學(xué)等自然現(xiàn)象的認(rèn)知水平有限，實(shí)驗(yàn)、觀測、分析技術(shù)手段不足，模擬結(jié)果與真實(shí)值難免存在誤差。再者，國內(nèi)官方數(shù)據(jù)不直接向社會(huì)公開，對于權(quán)威數(shù)據(jù)的缺失導(dǎo)致同一模型針對同一問題的模擬結(jié)果差異巨大，而相互之間缺乏可比性。目前國內(nèi)外諸多模式對于秸稈燃燒、森林火險(xiǎn)等季節(jié)性或突發(fā)性污染的模擬欠缺，在今后源清單的制作中需要在源解析結(jié)果、衛(wèi)星資料等的基礎(chǔ)之上加入季節(jié)性變化的污染源貢獻(xiàn)率，以使模擬更加精確，對突發(fā)性污染應(yīng)對以及防控起到指導(dǎo)作用。目前的數(shù)值模擬都是基于空氣動(dòng)力學(xué)原理建立的模型，其網(wǎng)格分辨率直接影響數(shù)值模擬的精度，諸多模式在對機(jī)械湍流、地形精度、熱力抬升、氣溶膠機(jī)制以及光化學(xué)反應(yīng)等方面的研究有所欠缺。

3.3發(fā)展及建議

當(dāng)下污染物總量排放仍處于歷史高位，環(huán)境空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合型污染態(tài)勢，藍(lán)天與霾天交替出現(xiàn)，環(huán)境質(zhì)量狀況日趨復(fù)雜，環(huán)境資源瓶頸約束和發(fā)展矛盾尖銳，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)與要求提高，排放總體上正經(jīng)歷跨越峰值并進(jìn)入下降通道的轉(zhuǎn)折。當(dāng)前環(huán)境既不處在惡化程度加劇的潰敗期，也不處于環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)和根本改善的戰(zhàn)略決戰(zhàn)期，環(huán)境保護(hù)目前已經(jīng)處于并將在一定時(shí)間內(nèi)長期處于戰(zhàn)略相持期。當(dāng)前環(huán)保工作的重點(diǎn)開始從污染物排放總量控制向環(huán)境質(zhì)量綜合管理、從控制局地污染向區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控、從控制一次污染物向控制二次污染物、從單獨(dú)控制個(gè)別污染物向多污染物協(xié)同控制轉(zhuǎn)變，這些轉(zhuǎn)變都將對中國環(huán)境保護(hù)工作提出更高的要求。

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)是改善空氣質(zhì)量的必要手段之一，建立健全環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)，因地制宜建立準(zhǔn)確系統(tǒng)的源排放清單，開發(fā)區(qū)域多模式集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)，構(gòu)建轄區(qū)多層面協(xié)同運(yùn)作機(jī)制和合作會(huì)商制度，組織培養(yǎng)一批專業(yè)技術(shù)和復(fù)合型人才隊(duì)伍是當(dāng)下空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的必要條件，也是區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警體系的基礎(chǔ)支撐。結(jié)合當(dāng)前預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)外相關(guān)研究，探索出高原山地城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的一般方法和基本原則。環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警工作要立足長遠(yuǎn)，摒棄階段化、突擊式、迎查式、任務(wù)式的傳統(tǒng)觀點(diǎn)和思路，需要從基礎(chǔ)理論出發(fā)，建立一套完善的運(yùn)行機(jī)制，多部門協(xié)同，預(yù)警方案協(xié)商、部門聯(lián)動(dòng)實(shí)施，密切配合，無縫對接，要建立健全信息溝通制度，部門之間要定期交流，評估成效，改進(jìn)方法，在實(shí)際工作中建立和不斷完善預(yù)報(bào)預(yù)警體系，形成由多部門、多學(xué)科、多機(jī)制構(gòu)成的完整空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)體系生態(tài)鏈。

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StudyonEstablishmentofAirQualityForecastandWarningSysteminTypicalPlateauCity

DENG Cong,WANG Jian,XIANG Feng,QIU Fei

Yunnan Environmental Monitoring Centre,Kunming 650034,China

Air quality forecast and warning (AQFW) system is important as an efficient tool for the air quality forecast information publicity,assessment of urban air quality, and supporting the pollution control strategies, dynamic environment management and decision making. This paper revieweds the development status of AQFW system at home and abroad. In addition, the overall design ideas of AQFW system establishment in typical plateau cities were proposed taking Yunnan province as an example. The prospect and challenge in the development of air quality forecast and warning system were also discussed.

air quality;forecast and warning system;review

X823

A

1002-6002(2017)05- 0095- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.05.14

2015-12-01;

2017-01-11

鄧 聰(1967-)，男，云南昆明人，碩士，高級工程師。

王 健