珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法及預(yù)報(bào)效果評估

葉斯琪，陳多宏，謝敏，謝智，汪宇，潘月云，沈勁，許凡

(廣東省環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 廣州 510045)

珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法及預(yù)報(bào)效果評估

葉斯琪，陳多宏*，謝敏，謝智，汪宇，潘月云，沈勁，許凡

(廣東省環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 廣州 510045)

介紹了珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的“六步法”流程，并對2015年空氣質(zhì)量等級和首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率進(jìn)行評估研究。結(jié)果表明，2015年珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量以優(yōu)良為主，24 h等級預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率1月最高2月最低，平均準(zhǔn)確率為87.6%；出現(xiàn)的首要污染物種類包括PM2.5，PM10，O3-8 h和NO2，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率9月最高3月最低，平均準(zhǔn)確率為72.7%。

珠三角區(qū)域；空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)；效果評估

2013年9月10日，國務(wù)院頒布《大氣污染防治行動計(jì)劃》[1]，提出環(huán)保部門要加強(qiáng)與氣象部門的合作，建立重污染天氣監(jiān)測預(yù)警體系，要求2014年，京津冀、長三角、珠三角區(qū)域要完成區(qū)域、省、市級重污染天氣監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)。同年，環(huán)保部下發(fā)《關(guān)于做好京津冀、長三角、珠三角重點(diǎn)區(qū)域空氣重污染監(jiān)測預(yù)警工作的通知》[2]，提出組建京津冀、長三角、珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警中心，加快推進(jìn)區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，搭建區(qū)域預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)平臺，開展區(qū)域污染形勢預(yù)報(bào)。

為貫徹落實(shí)上述行動計(jì)劃，按照國家的總體部署與工作要求，廣東省環(huán)境保護(hù)廳與廣東省氣象局合作，于2014年12月29日起聯(lián)合向公眾發(fā)布珠江三角洲區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)信息，內(nèi)容主要包括未來24 h區(qū)域總體和各片區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)等級范圍及首要污染物名稱以及未來72 h區(qū)域空氣質(zhì)量的變化趨勢[3]。現(xiàn)結(jié)合珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)發(fā)布實(shí)踐，對區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的一般方法及預(yù)報(bào)效果進(jìn)行評估。

1 珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法

1.1 多模式集合數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)

目前常用的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)技術(shù)有統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)和數(shù)值預(yù)報(bào)[4-5]，在開展珠三角空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)時(shí)主要參考數(shù)值模式預(yù)報(bào)結(jié)果。依托于廣州亞運(yùn)會契機(jī)和國家863重大項(xiàng)目研究成果，廣東省環(huán)境監(jiān)測中心搭建了一套珠三角多模式空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模型，采用4層嵌套網(wǎng)格，集成了NAQPMS、CMAQ、CAMx三大空氣質(zhì)量模式，運(yùn)用MM5氣象模式，可輸出未來72 h的逐小時(shí)氣象場預(yù)報(bào)結(jié)果和污染物小時(shí)濃度[5]，后期經(jīng)過技術(shù)升級，采用更為先進(jìn)的WRF氣象模式，并將模擬區(qū)域擴(kuò)大至全省范圍，采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)進(jìn)行計(jì)算和評價(jià)。

1.2 空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法

珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)采用“六步法”進(jìn)行，具體方法流程如圖1所示：(1)登錄全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺，查看近期空氣質(zhì)量概況，包括當(dāng)前站點(diǎn)的空氣質(zhì)量實(shí)況、昨日區(qū)域空氣質(zhì)量實(shí)況和過去兩周的空氣質(zhì)量變化態(tài)勢等；(2)通過查看衛(wèi)星云圖、降水量預(yù)報(bào)圖和不同高度(500，700，850 hPa和地面)的天氣形勢圖，分析未來一周的天氣形勢概況和氣象擴(kuò)散條件影響；(3)查看珠三角多模式空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模型輸出的氣象場和污染物濃度預(yù)報(bào)結(jié)果，對未來3 d的空氣質(zhì)量狀況和區(qū)域大氣污染演變趨勢作出初步的判斷；(4)查看近兩周預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確率情況，必要時(shí)結(jié)合去年同期相似案例進(jìn)行對比分析，對已經(jīng)發(fā)生的錯(cuò)判情況進(jìn)行總結(jié)，避免重蹈覆轍；(5)發(fā)起與氣象部門的會商，根據(jù)會商意見，對預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行人工訂正，形成最終的預(yù)報(bào)結(jié)果；(6)將最終的預(yù)報(bào)結(jié)果按照既定的發(fā)布方式編寫成文，并經(jīng)由指定的發(fā)布途徑發(fā)布結(jié)果，完成整套空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)流程。

圖1 珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法流程

2 珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)效果評估

2.1 評估指標(biāo)及方法

珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)效果可以用24 h AQI跨級預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率進(jìn)行評估?？紤]到現(xiàn)階段珠三角地區(qū)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)結(jié)果僅僅是以區(qū)域平均狀況的形式對公眾發(fā)布，并未單列出每個(gè)城市的預(yù)報(bào)結(jié)果，而空氣質(zhì)量等級AQI指數(shù)和首要污染物類別的監(jiān)測實(shí)況結(jié)果在發(fā)布時(shí)則是以城市為單位，因此綜合采用珠三角9個(gè)城市(廣州、深圳、佛山、肇慶、惠州、珠海、江門、東莞和中山)的空氣質(zhì)量監(jiān)測實(shí)況發(fā)布結(jié)果和珠三角區(qū)域的預(yù)報(bào)發(fā)布結(jié)果進(jìn)行評估，以反映珠三角區(qū)域預(yù)報(bào)效果的平均狀況，具體評估方法為：

(1)統(tǒng)計(jì)評估時(shí)段內(nèi)，城市空氣質(zhì)量AQI發(fā)布的有效天數(shù)(扣除因站點(diǎn)維護(hù)、儀器故障等原因?qū)е碌膬x器斷數(shù)和AQI無法照常發(fā)布的天數(shù))，作為評估等級預(yù)報(bào)結(jié)果的有效城次(一個(gè)城市一天的結(jié)果為一城次)，則該時(shí)段內(nèi)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)發(fā)布結(jié)果與當(dāng)天的AQI實(shí)況發(fā)布結(jié)果一致的城次占總有效城次的百分比即為24 h AQI跨級預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

(2)統(tǒng)計(jì)評估時(shí)段內(nèi)，出現(xiàn)首要污染物的城市個(gè)數(shù)和有效天數(shù)(空氣質(zhì)量為優(yōu)時(shí)不評價(jià)首要污染物)，作為評估首要污染物預(yù)報(bào)結(jié)果的有效城次，則該時(shí)段內(nèi)，首要污染物預(yù)報(bào)發(fā)布結(jié)果與當(dāng)天的首要污染物實(shí)況發(fā)布結(jié)果一致的城次占總有效城次的百分比即為首要污染物的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

2.2 評估結(jié)果

根據(jù)上述評估指標(biāo)和方法，利用全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺發(fā)布的城市空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)[6]，對珠三角區(qū)域2015年1月1日—12月31日的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和評估，得到的評估結(jié)果見表1和表2。

表1 2015年珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量等級預(yù)報(bào)效果評估

表2 珠三角區(qū)域首要污染物預(yù)報(bào)效果評估

①A代表實(shí)際出現(xiàn)城次，B代表預(yù)報(bào)準(zhǔn)確城次。

由表2可見，2015年珠三角出現(xiàn)的首要污染物主要有PM2.5，PM10，NO2和O3-8 h，除此以外，少數(shù)時(shí)段還出現(xiàn)了2種污染物并列為首要污染物的“雙首污”情況。其中，O3-8 h作為首要污染物出現(xiàn)的城次為全年最多，高達(dá)800城次，且集中發(fā)生在太陽輻射較為強(qiáng)烈的夏秋季節(jié)，也就是7—10月份。其次，PM2.5作為首要污染物出現(xiàn)的城次為全年次高，主要集中分布在12月至次年2月等降水較少的冬季月份。此外，NO2作為首要污染物出現(xiàn)的情況也不容忽視，全年發(fā)生的城次為294次，較為集中地發(fā)生在12月、3月和5月。PM10作為首要污染物出現(xiàn)的城次次于NO2，且更多地發(fā)生在1月，11月和3月。相對來說，“雙首污”出現(xiàn)的城次較少，屬于個(gè)別現(xiàn)象。

從首要污染物預(yù)報(bào)效果的評估結(jié)果來看，2015年珠三角區(qū)域首要污染物預(yù)報(bào)平均準(zhǔn)確率為72.7%，低于24 h空氣質(zhì)量等級預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，這主要跟珠三角地區(qū)出現(xiàn)的首要污染物種類較多，出現(xiàn)情況多變且變化規(guī)律復(fù)雜，而預(yù)報(bào)發(fā)布只給出兩種首要污染物的判斷結(jié)果有關(guān)。對比表中不同污染物作為首要污染物實(shí)際出現(xiàn)的城次和預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的城次可以看出，2015年，預(yù)報(bào)員對于珠三角PM2.5和O3-8 h作為首要污染物出現(xiàn)的情況把握得較好，基本能夠預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，但對于NO2和PM10作為首要污染物出現(xiàn)的情況仍存在較多的預(yù)報(bào)失誤。

結(jié)合不同月份和不同首要污染物類別的預(yù)報(bào)評估結(jié)果來看，9月份的首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為全年最高，達(dá)87.8%，這主要是因?yàn)?月份的首要污染物出現(xiàn)情況較為單一，即首要污染物主要是O3-8 h。7月和8月首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高也是由于這個(gè)原因。6月份由于空氣質(zhì)量較好，大部分城市和天數(shù)均為優(yōu)，首要污染物出現(xiàn)的城次僅有39次，因此總體預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也比較高。相比之下，3月和4月的首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為全年最低，分別只有38.3%和52.7%，這主要是因?yàn)椋?月和4月的首要污染物出現(xiàn)種類最多，且不同污染物作為首要污染物出現(xiàn)的城次較為接近，變化規(guī)律很難準(zhǔn)確把握，大大增加了預(yù)報(bào)難度，導(dǎo)致這兩個(gè)月的首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率明顯下降。

3 結(jié)語

珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)工作采用“六步法”開展。利用24 h AQI跨級預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和首要污染物預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率對珠三角區(qū)域2015年空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的平均效果進(jìn)行了綜合評估，結(jié)果表明，2015年珠三角區(qū)域空氣質(zhì)量以優(yōu)良為主，24 h等級預(yù)報(bào)平均準(zhǔn)確率為87.6%，具體表現(xiàn)為1月、6月和12月準(zhǔn)確率較高，2月最低。2015年珠三角出現(xiàn)的首要污染物主要有PM2.5，PM10，NO2和O3-8 h，首要污染物預(yù)報(bào)平均準(zhǔn)確率為72.7%，低于24 h空氣質(zhì)量等級預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，主要跟珠三角地區(qū)首要污染物種類較多，變化規(guī)律復(fù)雜，而預(yù)報(bào)發(fā)布只給出2種首要污染物的判斷結(jié)果等原因有關(guān)。7—9月由于首要污染物出現(xiàn)情況較為單一，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較高；而3—4月由于首要污染物出現(xiàn)種類多且出現(xiàn)頻次接近，導(dǎo)致預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為全年最低。

[1] 中華人民共和國中央人民政府. 國務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計(jì)劃的通知(國發(fā) [2013] 37號)[EB/OL]. http：//www.gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773.htm.

[2] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部辦公廳.關(guān)于做好京津冀、長三角、珠三角重點(diǎn)區(qū)域空氣重污染監(jiān)測預(yù)警工作的通知(環(huán)辦函[2013]1358號)[EB/OL]. http：//www.gov.cn/zwgk/2013-01/15/content_2312400.htm.

[3] 廣東環(huán)境保護(hù)公眾網(wǎng).珠三角空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)[EB/OL]. http：//www.gdep.gov.cn/.

[4] 謝敏，鐘流舉，陳煥盛，等. CMAQ模式及其修正預(yù)報(bào)在珠三角區(qū)域的應(yīng)用檢驗(yàn)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35(2)：96-101.

[5] 鄧濤，吳兌，鄧雪嬌，等. 珠三角空氣質(zhì)量暨光化學(xué)煙霧數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013，36(4)：62-68.

[6] 解淑艷，劉冰，李健軍.全國環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建立探析[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5(4)：1-3.

[7] 梁家權(quán). 新標(biāo)準(zhǔn)下環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)完善實(shí)踐——以珠三角地區(qū)佛山市為例[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5(5)：54-56.

[8] 全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺.城市空氣質(zhì)量AQI日報(bào)[EB/OL]. http：//106.37.208.233：20035/.

欄目編輯 周立平

Evaluation on the Method and Effect of Air Quality Forecast in the Pearl River Delta Region

YE Si-qi， CHEN Duo-hong*， XIE Min， XIE Zhi， WANG Yu， PAN Yue-yun， SHEN Jin， XU Fan

(GuangdongEnvironmentalMonitoringCenter，Guangzhou，Guangdong510045，China)

The “Six-step” method of air quality forecast in the Pearl River Delta (PRD) region was introduced and the accuracy of air quality grade and primary air pollutant forecast in 2015 were analyzed. The results showed that the air quality in the PRD region in 2015 was quite good. The accuracy rate of 24 hour air quality grade forecast was highest in January while lowest in February， with annual average of 87.6%. Primary air pollutants included PM2.5，PM10，O3-8 h and NO2.The accuracy rate of primary air pollutant forecast was highest in September while lowest in March，with annual average of 72.7%.

The Pearl River Delta Region; Air quality forecast; Effect evaluation

2016-01-17；

2016-02-25

國家科技支撐計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2014BAC21B03)

葉斯琪(1989—)，女， 助理工程師，碩士，從事空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警工作。

X821

B

1674-6732(2016)03-0010-04