城市空氣質(zhì)量預報方法研究綜述

郭曉雷

寧夏氣象服務中心，寧夏銀川 750002

城市空氣質(zhì)量預報方法研究綜述

郭曉雷

寧夏氣象服務中心，寧夏銀川 750002

隨著城市化發(fā)展的進程和人們對居住環(huán)境的關(guān)注，城市空氣質(zhì)量也日益受到重視。本文在參考大量文獻的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國內(nèi)空氣質(zhì)量研究的發(fā)展進程和空氣質(zhì)量預報的主要方法，探討了空氣質(zhì)量預報未來的發(fā)展趨勢，并提出了個人的見解。

城市空氣質(zhì)量；預報；發(fā)展方向

0 引言

城市是人類的主要聚居地，也是生態(tài)系統(tǒng)中最為復雜的類型之一。隨著世界范圍內(nèi)城市化的迅速發(fā)展，人們在感受到城市化帶來的豐富的物質(zhì)和精神生活的同時，卻又不得不為面對日益嚴峻的生態(tài)環(huán)境。我國是一個人口大國，人口密集、交通擁擠、環(huán)境污染、綠地緊缺等問題與城市發(fā)展之間的矛盾顯得愈加突出。因此，研究生態(tài)與環(huán)境問題，探討改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的途徑與對策，促進城市的生態(tài)建設與可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為當今社會共同關(guān)注的焦點。

1 國內(nèi)研究進程

我國的環(huán)保事業(yè)起步于斯德哥爾摩“人類環(huán)境會議”之后的1973 年，而有關(guān)城市空氣質(zhì)量的研究起始于20世紀80年代末。當時主要的研究內(nèi)容是利用城市環(huán)境觀測資料和對應的氣象資料，通過統(tǒng)計方法建立空氣質(zhì)量預報模型來預測城市內(nèi)空氣質(zhì)量[1]。20世紀90年代，城市空氣質(zhì)量開始引起政府和民眾的廣泛關(guān)注，相關(guān)的研究也開始蓬勃地發(fā)展，內(nèi)容涉及到改善空氣質(zhì)量的方法[2]、空氣污染指數(shù)的分級及其計算方法[3]、城市空氣質(zhì)量的數(shù)值預報模型[4]。2000年開始，中國環(huán)境監(jiān)測總站根據(jù)國家環(huán)境保護總局的有關(guān)要求，組織47個環(huán)境保護重點城市開展城市環(huán)境空氣質(zhì)量日報和預報工作，監(jiān)測項目為SO2、NO2和PM10，發(fā)布形式為空氣污染物指數(shù)、首要空氣污染物、空氣質(zhì)量級別和空氣質(zhì)量狀況。在我國城市空氣質(zhì)量業(yè)務開展的同時，相關(guān)的研究也開始興起，內(nèi)容主要涉及城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究、城市空氣質(zhì)量預報的技術(shù)方法研究與預報模型、城市空氣質(zhì)量管理體系的監(jiān)測技術(shù)及模式、城市空氣質(zhì)量的分布規(guī)律、影響因子及與氣象條件的關(guān)系等方面。

2 空氣質(zhì)量預報的主要方法

2.1 統(tǒng)計預報方法

統(tǒng)計預報方法是目前國內(nèi)各地普遍采用的方法。統(tǒng)計方法以污染物濃度觀測資料和氣象觀測資料為基礎(chǔ)，通過因子初選和相關(guān)性分析，應用逐步回歸法、一元線性回歸分析、自然正交分解、逐步回歸方法等統(tǒng)計方法，建立大氣污染預方程，方法相對簡單且易于推廣。

2.2 數(shù)值模式預報方法

數(shù)值模式預報具有科學性強、信息豐富等優(yōu)點，是大氣污染預報的發(fā)展方向。國外相關(guān)的研究早在上世紀70年代就開始開展，而國內(nèi)在21世紀以后才開始系統(tǒng)地開展。城市空氣質(zhì)量預報涉及多物質(zhì)、多界面、多介質(zhì)、多種物理化學和生物過程，同時還需要綜合考慮地貌、氣象條件、污染源排放規(guī)律等諸多因素的影響。城市空氣質(zhì)量數(shù)值預報是一個典型的三維中尺度問題，它的基本工具是模式系統(tǒng)。數(shù)值預報法包括質(zhì)量連續(xù)性約束條件下的風場調(diào)整模式、預報風場的數(shù)值模式和預報污染物擴散和濃度分布的歐拉平流擴散模式。該模式的預報結(jié)果與實測值基本相符，但模式系統(tǒng)中的某些參數(shù)化方案及污染源等方面有待于進一步改進。

3 城市空氣質(zhì)量研究的發(fā)展方向

3.1 與3S技術(shù)的結(jié)合

遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)三者集成的新的綜合探測系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應用，在城市環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，三者的有機結(jié)合能夠在很大程度上提高監(jiān)測的質(zhì)量。遙感技術(shù)以空間為信息獲取平臺，具有監(jiān)測范圍廣、速度快、成本低，且便于進行長期的動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)勢，此外還能發(fā)現(xiàn)用常規(guī)方法往往難以揭示的污染源及其擴散的狀態(tài)。通過轉(zhuǎn)換，遙感技術(shù)可以用直觀的形象來真實的現(xiàn)實地貌形態(tài)，再配合以地面同步觀測、采樣，就可在宏觀信息和微觀主份的結(jié)合上提高監(jiān)測的質(zhì)量。地理信息系統(tǒng)一方面是一個計算機系統(tǒng)，另一方面它處理的數(shù)據(jù)是地理空間位置數(shù)據(jù)及其與之相關(guān)的信息。全球定位系統(tǒng)是利用多顆導航衛(wèi)星的無線電信號，對地球表面某地點進行定位、報時或?qū)Φ乇硪苿游矬w進行導航的技術(shù)系統(tǒng)。通過地理信息系統(tǒng)和全球地位系統(tǒng)，我們可以準確標定各種觀測目標和發(fā)生的實際地理位置，建立對地觀測動態(tài)數(shù)據(jù)庫，從而更好的進行城市環(huán)境監(jiān)測。

3.2 與計算機科學聯(lián)系的日益緊密

無論是統(tǒng)計預報方法，還是數(shù)值模式預報方法，都需要進行大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理、數(shù)學運算等工作，計算機科學無疑為這些工作提供了簡捷、高效的方法和技術(shù)，再結(jié)合Internet技術(shù)，可以實現(xiàn)對城市中各監(jiān)測子站的環(huán)境空氣質(zhì)量狀況信息的遠程實時傳輸和對監(jiān)測儀器的運行情況的遠程監(jiān)控，進而可實現(xiàn)對整個城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況及監(jiān)測儀器運行狀況的實時分析、監(jiān)控、報警和預警，為及時采取必要的應急措施提供決策支持。

3.3 與其它新技術(shù)的結(jié)合

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新儀器、新設備不斷涌現(xiàn)，必將為開展城市空氣質(zhì)量研究提供技術(shù)儲備和先進環(huán)境監(jiān)測儀器設備，這將有利于更好地掌握城市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，為國家的環(huán)保決策、環(huán)境安全、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供科學依據(jù)。

4 討論

1）統(tǒng)計預報方法是目前國內(nèi)普遍采用的方法，各地應利用本地的實測資料對引進的統(tǒng)計模型進行訂正，并且隨著城市的發(fā)展、氣候的變化等，要重視對本地化模型的相關(guān)參數(shù)進行訂正，以取得最佳的預報結(jié)果；

2）除了氣象因子，工業(yè)發(fā)展、下墊面因素等對城市空氣質(zhì)量也有很大影響，應該把這些因子的改變帶來的影響加以考慮；

3）隨著精細化氣象預報業(yè)務的開展，結(jié)合3S技術(shù)，城市空氣質(zhì)量預報的精細化程度有望得到進一步提高。

[1]楊偉民.城市空氣質(zhì)量預測模型研究[J].上海環(huán)境科學，1991，10(4)：13-16.

[2]徐大海.改善城市空氣質(zhì)量的研究[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，1994，7(3)：11-15.

[3]盛玉波.淺談城市空氣質(zhì)量周報的預報方法[J].河南城建高專學報，1998，7(3)：36-37.

[4]盛立芳，吳增茂，秦曾灝.城市空氣質(zhì)量數(shù)值預報的不確定性與可預報性[J].青島海洋大學學報，1999，29(4)：575-580.

[5]周志林，吳宇光.城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究[J].環(huán)境保護，2000，1：33-34.

X16

A

1674-6708（2011）48-0014-02

郭曉雷，應用氣象助理工程師，主要從事應用氣象、城市環(huán)境等業(yè)務與研究