預(yù)報(bào)方法導(dǎo)向的系統(tǒng)化空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)作業(yè)平臺設(shè)計(jì)

劉 冰，王曉彥，汪 巍，王 威，魯 寧，李健軍，丁俊男，趙熠琳

中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

預(yù)報(bào)方法導(dǎo)向的系統(tǒng)化空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)作業(yè)平臺設(shè)計(jì)

劉 冰，王曉彥，汪 巍，王 威，魯 寧，李健軍，丁俊男，趙熠琳

中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

中國正在開展環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)能力建設(shè)，其中最關(guān)鍵的業(yè)務(wù)支撐是預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺。以往的業(yè)務(wù)作業(yè)平臺設(shè)計(jì)多是從軟件編程的便利性出發(fā)，按照預(yù)報(bào)要素進(jìn)行分類，很少按照預(yù)報(bào)方法或預(yù)報(bào)流程設(shè)計(jì)。研究討論了預(yù)報(bào)作業(yè)平臺的設(shè)計(jì)方法，遵循預(yù)報(bào)方法流程和人體工程學(xué)設(shè)計(jì)2個原則。其中，遵循預(yù)報(bào)方法流程能夠使業(yè)務(wù)作業(yè)工作獲得最大的便利；參考人體工程學(xué)，利于操作與完成的高效性和簡潔度。目前，中國的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)平臺還處于初期發(fā)展階段，有待不斷地探索和完善，因此，研究討論一個有效的業(yè)務(wù)作業(yè)平臺設(shè)計(jì)框架，將有利于促進(jìn)全國空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺能力建設(shè)的開展和業(yè)務(wù)體系的發(fā)展。

預(yù)報(bào)方法；人體工程學(xué)；空氣質(zhì)量；業(yè)務(wù)平臺

近年來，中國的大氣污染形勢日益嚴(yán)峻，2014年監(jiān)測結(jié)果顯示，74個重點(diǎn)城市達(dá)到優(yōu)、良天數(shù)的比例分別為14.1%和51.9%，污染天氣中輕度污染的比例為21.7%，中度污染為6.7%，重度污染為4.4%，嚴(yán)重污染為1.2%。京津冀區(qū)域污染尤為嚴(yán)重，優(yōu)、良天數(shù)比例分別為5.6%和37.2%，輕度、中度、重度和嚴(yán)重污染比例分別為27.6%、12.6%、12.2%和4.8%[1-5]。

廣大人民群眾對于空氣質(zhì)量的需求已不滿足于空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果，而是更加關(guān)注空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和重污染預(yù)警等，以指導(dǎo)日常出行。同時(shí)，環(huán)境管理部門也不希望空氣質(zhì)量治理停留在“日常監(jiān)測，事后分析”的層面上，如果不能對空氣質(zhì)量變化進(jìn)行前瞻性的趨勢預(yù)判，在解決突發(fā)的重污染事件時(shí)將處于被動狀態(tài)。在滿足社會公眾知情權(quán)的呼聲下，在改善環(huán)境空氣質(zhì)量需求的背景下，國務(wù)院于2013年12月頒布了《大氣污染防治行動計(jì)劃》(簡稱“氣十條”)。環(huán)境保護(hù)部隨即組織開展環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)能力建設(shè)。

2014—2015年，全國各地積極開展環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警能力建設(shè)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，截至2015年3月，已有包括北京、天津、上海、重慶、江蘇、浙江等在內(nèi)的13個省、自治區(qū)、直轄市，以及包括沈陽、南京、武漢、廣州、青島、寧波、廈門、深圳等16個省會城市、計(jì)劃單列市開展了轄區(qū)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)工作；其他省、自治區(qū)、直轄市、省會城市和計(jì)劃單列市正在緊張地籌備預(yù)報(bào)能力建設(shè)工作中[6]。根據(jù)環(huán)境保護(hù)部關(guān)于實(shí)施全國環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警工作進(jìn)展情況的統(tǒng)計(jì)，截至2015年11月底，已有30個省(區(qū)、市)以及30個省會城市和計(jì)劃單列市初步開展預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，并相繼開展預(yù)報(bào)工作[7]。

在現(xiàn)代化信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，如何讓預(yù)報(bào)員利用更多的方法、信息和手段，準(zhǔn)確有效地開展預(yù)報(bào)，并將各種資源、需求和方法相結(jié)合，成為開展和完善能力建設(shè)中不可忽視的重要問題。

通常情況下，系統(tǒng)化的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺能力建設(shè)一般包括預(yù)報(bào)系統(tǒng)、計(jì)算系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)和發(fā)布系統(tǒng)等幾個方面[8]。其中，預(yù)報(bào)作業(yè)系統(tǒng)平臺是關(guān)鍵的預(yù)報(bào)基本業(yè)務(wù)工具和核心支持，預(yù)報(bào)員需要此平臺的集成結(jié)果，作為預(yù)報(bào)的主要工具以完成日常預(yù)報(bào)，一些省(市)在開展系統(tǒng)化環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)平臺建設(shè)時(shí)予以考慮[9]。

研究根據(jù)能力發(fā)展藍(lán)圖，參照國內(nèi)外信息發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，從預(yù)報(bào)員的業(yè)務(wù)需求出發(fā)，討論并提出了以預(yù)報(bào)方法流程為導(dǎo)向的系統(tǒng)化環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)平臺的設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)方法

為響應(yīng)公眾服務(wù)和環(huán)境管理對環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的迫切需求，中國環(huán)境監(jiān)測總站率先在京津冀區(qū)域開展了區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)測試，在開展預(yù)報(bào)測試工作實(shí)踐過程中，探索出區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的一般方法和基本原則[10]。一般方法包括數(shù)值預(yù)報(bào)模式結(jié)果分析、客觀訂正和預(yù)報(bào)信息發(fā)布等環(huán)節(jié)，客觀訂正則包括大氣擴(kuò)散條件、污染源排放、物理化學(xué)過程、空氣質(zhì)量變化規(guī)律分析和預(yù)報(bào)會商方法及系統(tǒng)建立；區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)基本原則包括預(yù)報(bào)系統(tǒng)建立、結(jié)果確定、天氣控制形勢分析和信息表述等。上述方法和原則已經(jīng)成為目前京津冀區(qū)域空氣質(zhì)量日常預(yù)報(bào)所遵循的重要技術(shù)依據(jù)，因此，采用該預(yù)報(bào)方法流程具有較好的系統(tǒng)應(yīng)用通用性，便于進(jìn)行框架設(shè)計(jì)。根據(jù)業(yè)務(wù)作業(yè)系統(tǒng)對時(shí)間成效的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循預(yù)報(bào)作業(yè)流程并以此方法展開，引導(dǎo)預(yù)報(bào)員快速準(zhǔn)確應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺，減少盲目、無效率的操作。

同時(shí)，以人體工程學(xué)為構(gòu)架和依據(jù)進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，能夠考慮到預(yù)報(bào)員視覺的便利以及人機(jī)互動的協(xié)調(diào)性，以達(dá)到操作作業(yè)簡潔、明快的目的，避免生硬、不協(xié)調(diào)的視覺和互動效果狀態(tài)。所謂人機(jī)界面(簡稱HMI)，又稱用戶界面或使用者界面，是人與計(jì)算機(jī)之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著HMI。

2 系統(tǒng)化平臺設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

目前全國各省(市)正如火如荼地開展轄區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺或系統(tǒng)建設(shè)，如何進(jìn)行系統(tǒng)化平臺設(shè)計(jì)，研發(fā)高效方便的系統(tǒng)平臺，完善平臺功能等是建設(shè)中需要優(yōu)先和持續(xù)考慮的重要問題。其中，預(yù)報(bào)流程、預(yù)報(bào)要素等都是平臺設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，而預(yù)報(bào)流程中涉及的相關(guān)內(nèi)容亦顯得更為突出。如何將這些相關(guān)內(nèi)容予以更好地展示，給予平臺使用者更高效、方便的瀏覽和填報(bào)頁面，以開展轄區(qū)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，是設(shè)計(jì)者們需要考慮的問題。

利用空氣質(zhì)量數(shù)值模式預(yù)報(bào)方法開展空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)時(shí)，參考區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的工作流程，能夠有效地提高預(yù)報(bào)界面設(shè)計(jì)的親和感和方便感，有利于預(yù)報(bào)員開展相關(guān)預(yù)報(bào)工作，因此，基于預(yù)報(bào)方法開展的系統(tǒng)化環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)方法值得在平臺建設(shè)中參考。

2.2 預(yù)報(bào)流程

預(yù)報(bào)流程主要包括預(yù)報(bào)分析流程、參考流程和決策流程，其中預(yù)報(bào)分析流程一般指的是開展預(yù)報(bào)的具體工作流程(例如五步法等)。

2.2.1 分析流程

關(guān)于預(yù)報(bào)分析流程，以五步法為例，包括①模式分析；②污染源分析；③大氣條件分析；④空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)分析；⑤客觀訂正5個步驟。每個步驟之間都是相互聯(lián)系、互動相關(guān)的。

其中，模式分析是開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的一般基礎(chǔ)，包括產(chǎn)品的展示與應(yīng)用、城市AQI、重污染預(yù)警范圍、區(qū)域形勢、日均或小時(shí)濃度以及多種模式集合預(yù)報(bào)的結(jié)果。圖1是以京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)平臺為例，展示京津冀及周邊區(qū)域PM2.5濃度分布結(jié)果，可選取不同的預(yù)報(bào)起始時(shí)間，不同的模型(NAQPMS、CMAQ、CAMx和WRF-Chem)，時(shí)間分辨率(小時(shí)和日均)，空間分辨率(全國、中東部和京津冀及周邊)，污染物種類(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2、O3、AQI)，方便預(yù)報(bào)員操作。

圖1 京津冀及周邊區(qū)域PM2.5濃度分布示意圖

圖2是以張家口為例的城市6種污染物及AQI預(yù)報(bào)結(jié)果，可以非常直觀便捷地進(jìn)行不同模式、不同空間分辨率的城市切換及查詢。

圖2 張家口市6種污染物及AQI預(yù)報(bào)結(jié)果示意圖

污染源分析可考慮內(nèi)部成因、點(diǎn)變化情況、污染物生成率和組分以及來源解析與去向追蹤。在進(jìn)行平臺設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)需要將所需內(nèi)容涵蓋其中。圖3是以天津?yàn)槔?，利用模型模擬某一天不同區(qū)域(城市)內(nèi)不同行業(yè)對天津PM2.5的污染貢獻(xiàn)比例，了解區(qū)域間傳輸貢獻(xiàn)以及行業(yè)貢獻(xiàn)等。

圖4是以天津?yàn)槔媚Ｐ湍M不同高度污染物的后向軌跡。從而了解污染物的主要來源方向。

圖3 不同區(qū)域、不同行業(yè)對天津市PM2.5的貢獻(xiàn)示意圖

圖4 天津市不同高度污染物后向軌跡示意圖

大氣條件分析需首先了解自有模式與全球模式之間的差異，一般來講，氣象部門的氣象預(yù)報(bào)結(jié)果要比模式運(yùn)算的結(jié)果準(zhǔn)確度高一些。目前，全球各國(地區(qū))提供氣象預(yù)報(bào)結(jié)果的部門很多(包括歐洲ECMWF、美國NCEP、韓國氣象廳等)。在中尺度氣象預(yù)報(bào)方面，歐洲ECMWF氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品準(zhǔn)確性更高一些；美國NCEP產(chǎn)品由于作為很多預(yù)報(bào)模式初始場輸入條件，應(yīng)用更為廣泛；而韓國氣象廳產(chǎn)品對東亞地區(qū)，尤其是中國東部地區(qū)臨近預(yù)報(bào)有較高的參考價(jià)值。圖5是以500hPa形勢場為例，考察歐洲ECMWF和模式系統(tǒng)生成結(jié)果之間的相關(guān)程度，以此作為對大氣條件模擬結(jié)果準(zhǔn)確程度的考量，當(dāng)總的形勢模擬結(jié)果各模式之間相差較少時(shí)，一般認(rèn)為氣象場模擬結(jié)果相對準(zhǔn)確。此外，不同高度的預(yù)報(bào)產(chǎn)品有著不同的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用價(jià)值，有利于確定系統(tǒng)強(qiáng)弱、了解水平傳輸和垂直對流、分析相關(guān)降水過程影響等。500 hPa形勢場主要考慮高空的引導(dǎo)氣流，有助于了解區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)過程中大的擴(kuò)散形勢(如沙塵等大范圍擴(kuò)散趨勢)；700 hPa風(fēng)場有助于了解上下層是否協(xié)調(diào)、濕沉降和沙塵路徑等；850 hPa相對濕度場有利于了解傳輸、擴(kuò)散和沉降情況，上述不同高度的預(yù)報(bào)產(chǎn)品可以通過業(yè)務(wù)平臺方便快捷地予以展示，方便預(yù)報(bào)員查詢和使用。

圖5 500 hPa高度形勢場對比分析示意圖(左圖為歐洲ECMWF，右圖為美國NCEP)

空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測分析數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)提供全國城市、區(qū)域和背景地區(qū)AQI分布和6項(xiàng)污染物濃度分布情況，同時(shí)配合超級站的空間立體、多物種和多成分的監(jiān)測分析數(shù)據(jù)，能夠很好地說明污染物的水平變化規(guī)律和變化趨勢，以及垂直變化情況等，也有利于了解污染物的化學(xué)物理轉(zhuǎn)化情況。圖6為全國城市AQI日均值分布圖。

圖6 全國城市AQI日均分布示意圖

模型同化模擬的全國PM2.5濃度分布結(jié)果見圖7，便于預(yù)報(bào)員了解起始預(yù)報(bào)時(shí)間的污染物實(shí)際狀況，作為初始場的判斷依據(jù)。

客觀訂正是基于對氣象場、污染源清單等輸入數(shù)據(jù)不確定性以及由此導(dǎo)致的預(yù)報(bào)結(jié)果偏差的分析，利用對物理化學(xué)、污染源排放情況、空氣質(zhì)量歷史變化規(guī)律的了解以及預(yù)報(bào)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對數(shù)值預(yù)報(bào)模式產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行科學(xué)、客觀地分析和訂正。圖8是京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對模式預(yù)報(bào)結(jié)果、過去2 d模式預(yù)報(bào)與實(shí)況偏差的分析，方便預(yù)報(bào)員基于已有的模式結(jié)果進(jìn)行客觀訂正。

圖7 模型同化模擬的全國PM2.5濃度分布示意圖

圖8 根據(jù)模式預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行客觀訂正編輯示意圖

2.2.2 參考流程

預(yù)報(bào)參考流程是在預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)揮模式預(yù)報(bào)在污染案例和統(tǒng)計(jì)分析方面的作用，一般包括①相似案例分析;②AQI概率統(tǒng)計(jì)分析;③量級變化統(tǒng)計(jì)分析;④預(yù)報(bào)誤差分析;⑤集合/統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)分析等功能模塊。

相似案例分析包括對歷史上類似的大氣運(yùn)動的主要特征進(jìn)行比對分析，包括相似的季節(jié)、區(qū)域特點(diǎn)，相似的氣象條件(如槽、脊、溫度變化、邊界層高度變化、逆溫等)，這些相似的案例對開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)具有很好的借鑒作用。

AQI概率統(tǒng)計(jì)分析主要包括對不同城市不同時(shí)段AQI實(shí)際監(jiān)測結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，用以了解城市AQI在特定時(shí)間內(nèi)發(fā)生的概率。圖9是以京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)為例，選擇重點(diǎn)關(guān)注的代表城市過去一段時(shí)間AQI發(fā)生的概率。

量級變化統(tǒng)計(jì)分析包括上升幅度、變壞量級等用以進(jìn)一步判斷AQI的變化范圍，圖10為一次污染過程中PM2.5小時(shí)濃度變化曲線，通過對以往污染過程量級變化的統(tǒng)計(jì)，有助于預(yù)報(bào)員考察空氣質(zhì)量變差或變好的程度和時(shí)間，協(xié)助判斷污染開始和結(jié)束等關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)[11]。

圖9 京津冀區(qū)域代表城市每日AQI統(tǒng)計(jì)示意圖

圖10 一次污染過程PM2.5小時(shí)濃度變化曲線圖

預(yù)報(bào)誤差分析包括對模式系統(tǒng)誤差以及人工訂正誤差的判斷分析等。圖11所示為針對不同區(qū)域(城市)模式預(yù)報(bào)結(jié)果同實(shí)況結(jié)果的偏差統(tǒng)計(jì)，圖12為模式預(yù)報(bào)AQI與實(shí)況AQI對比分析圖，可用于幫助預(yù)報(bào)員尋找誤差來源，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

圖11 京津冀不同區(qū)域(城市)模式預(yù)報(bào)結(jié)果同實(shí)況結(jié)果的偏差統(tǒng)計(jì)示意圖

圖12 24 h預(yù)報(bào)AQI與實(shí)況AQI相關(guān)性分析

集合及統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)分析主要指在一定條件下，采用動態(tài)統(tǒng)計(jì)、多元回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等統(tǒng)計(jì)方式，對一些規(guī)律性的預(yù)報(bào)進(jìn)行集合統(tǒng)計(jì)分析(如多擾動集合預(yù)報(bào)等方法)。通過集合不同模式的特點(diǎn)和優(yōu)越性，能夠更好地提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

2.2.3 決策流程

決策流程主要指通過對空氣質(zhì)量實(shí)況、預(yù)報(bào)、預(yù)警及會商結(jié)果和發(fā)布信息的生成、記錄和保存，便于今后對預(yù)報(bào)預(yù)警結(jié)果的長期保存，同時(shí)方便開展歷史回顧以便總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等，重點(diǎn)包括①預(yù)報(bào)實(shí)況記錄；②預(yù)報(bào)結(jié)果保存；③歷史回顧；④預(yù)警管理；⑤預(yù)報(bào)發(fā)布管理。

預(yù)報(bào)實(shí)況記錄主要包括空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果等。通過對這些結(jié)果的記錄，有利于掌握預(yù)報(bào)當(dāng)天的重要信息，便于今后查閱、參考和回顧等。

預(yù)報(bào)結(jié)果保存主要包括當(dāng)日模式大氣條件預(yù)報(bào)、空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和客觀訂正預(yù)報(bào)結(jié)果等記錄。圖13是京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對大氣條件預(yù)報(bào)結(jié)果的記錄，業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對不同區(qū)域AQI和首要污染物的預(yù)報(bào)結(jié)果見圖8。

圖13 京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)大氣條件預(yù)報(bào)結(jié)果記錄示意圖

歷史回顧主要是保存重要的監(jiān)測和分析結(jié)果，圖14是京津冀區(qū)域中心預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的歷史回顧，包括大氣擴(kuò)散條件的記錄等。

預(yù)警管理包括預(yù)警會商和預(yù)警結(jié)果等的記錄，圖15是京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對重要的預(yù)警會商情況和內(nèi)容的記錄界面。

圖14 京津冀區(qū)域預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)大氣擴(kuò)散條件回顧示意圖

圖15 重要預(yù)警會商記錄示意圖

預(yù)報(bào)發(fā)布管理主要包括預(yù)報(bào)信息制作、預(yù)報(bào)發(fā)布內(nèi)容填報(bào)及保存、信息發(fā)布審核管理等內(nèi)容，目的是具備預(yù)報(bào)結(jié)果對公眾的發(fā)布以及對管理部門的發(fā)送等功能。

目前系統(tǒng)的集約化和高度自動化，使得相互支持的設(shè)計(jì)方法成為主流，高效簡潔、相互聯(lián)系、相互支持以及相互反饋，這也是開展系統(tǒng)化的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)的重要理念。圖16是依據(jù)預(yù)報(bào)方法開展系統(tǒng)化環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)的流程圖，可供各地開展各自環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)平臺設(shè)計(jì)中參考。

圖16 環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)流程

2.3 人體工程學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用

長期開展環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)是一件非常繁重的工作，如果能夠在進(jìn)行業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)參考人體工程學(xué)原則，提供使用方便、長久耐看的平臺界面和預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對預(yù)報(bào)員開展例行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會有很大的幫助，研究在開展系統(tǒng)化的環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)時(shí)，主要依據(jù)3個原則：①界面簡潔；②使用便利；③符合審美習(xí)慣。

2.3.1 界面簡潔原則

遵循界面簡潔設(shè)計(jì)原則，可考慮在界面上部設(shè)計(jì)有功能性的欄目提示，按照業(yè)務(wù)需求順序列出功能導(dǎo)向。在界面左側(cè)設(shè)計(jì)有流程欄目提示，按照預(yù)報(bào)作業(yè)順序列出作業(yè)流程導(dǎo)向。在界面右側(cè)設(shè)計(jì)每個應(yīng)用產(chǎn)品流程的內(nèi)容欄目，按照常用頻率順序列出應(yīng)用產(chǎn)品。界面簡潔的設(shè)計(jì)原則可以使人眼和人體之間達(dá)到協(xié)調(diào)一致，而界面簡潔友好也能降低業(yè)務(wù)平臺的應(yīng)用難度，如圖17所示。

2.3.2 使用便利原則

業(yè)務(wù)平臺使用便利原則，是在進(jìn)行應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)考慮便利的時(shí)間索引和快捷導(dǎo)向的功能，通過簡潔的操作即可快速獲取產(chǎn)品的顯示支持。在整體界面上突出關(guān)注的主體內(nèi)容，輔助內(nèi)容則可更好地支持主體內(nèi)容。在色調(diào)設(shè)計(jì)中突出中間的關(guān)注主體色度(如利用暖色調(diào)突出主體，用冷色調(diào)作為周圍輔助內(nèi)容的色調(diào))，便于引導(dǎo)使用者關(guān)注主體內(nèi)容，降低輔助內(nèi)容對主體的干擾。同時(shí)盡可能多地考慮便利應(yīng)用操作的細(xì)節(jié)(包括隱藏邊欄、體貼的預(yù)報(bào)回顧功能、按常用周期查詢顯示等便利設(shè)計(jì))，可減少工作時(shí)間，減輕人眼的視覺疲勞，最大限度地降低勞動強(qiáng)度，如圖17所示。

2.3.3 符合審美習(xí)慣原則

只有耐看的平臺界面和預(yù)報(bào)產(chǎn)品才會受到使用者的喜愛并愿意長期應(yīng)用。界面設(shè)計(jì)主體框架應(yīng)簡約大氣，構(gòu)圖整齊，色調(diào)協(xié)調(diào)柔和，有利于減輕使用者長時(shí)間應(yīng)用產(chǎn)品的疲勞感。界面各部分需符合平衡協(xié)調(diào)和對比突出等美學(xué)原則，符合黃金分割原理，盡可能符合審美習(xí)慣。產(chǎn)品的圖形設(shè)計(jì)和色調(diào)使用設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能細(xì)致，層次分明，圖色協(xié)調(diào)一致，地圖底圖應(yīng)經(jīng)過特殊處理，與產(chǎn)品的渲染圖色不沖突、相匹配。

圖17 京津冀區(qū)域中心預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺界面示意圖

3 總結(jié)

根據(jù)已有的設(shè)計(jì)認(rèn)識，在預(yù)報(bào)作業(yè)平臺設(shè)計(jì)時(shí)充分遵循預(yù)報(bào)方法流程和人體工程學(xué)設(shè)計(jì)2個原則。其中遵循預(yù)報(bào)方法流程能夠使業(yè)務(wù)作業(yè)工作獲得最大的便利，而參考人體工程學(xué)，則利于操作與完成的高效性和簡潔度。在此基礎(chǔ)上，討論了以預(yù)報(bào)方法流程為導(dǎo)向的系統(tǒng)化環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺設(shè)計(jì)構(gòu)架，其中，預(yù)報(bào)流程主要包括預(yù)報(bào)分析流程、參考流程和決策流程。預(yù)報(bào)分析流程一般指的是開展預(yù)報(bào)的具體工作流程(例如五步法)；預(yù)報(bào)參考流程一般是在業(yè)務(wù)流程基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)揮模式預(yù)報(bào)在污染案例和統(tǒng)計(jì)分析方面的作用流程；預(yù)報(bào)決策流程一般是指對空氣質(zhì)量實(shí)況、預(yù)報(bào)、預(yù)警及會商結(jié)果和發(fā)布信息的生成、記錄和保存等。同時(shí)，應(yīng)用人體工程學(xué)設(shè)計(jì)提出了界面簡潔、使用便利以及符合審美習(xí)慣原則的平臺設(shè)計(jì)理念，供全國環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)體系和相關(guān)能力建設(shè)參考。

[1] 中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部. 2014中國環(huán)境質(zhì)量報(bào)告[M].北京:中國環(huán)境出版社，2015.

[2] 孫峰，張大偉，孫瑞雯，等. 北京地區(qū)冬季典型PM2.5重污染案例分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(6)：1-12.

[3] 王茜. 上海市秋季典型PM2.5污染過程數(shù)值預(yù)報(bào)分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(2)：7-13.

[4] 區(qū)宇波，岳玎利，張濤，等. 珠三角秋冬季節(jié)長時(shí)間灰霾污染特性與成因[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(5)：16-20.

[5] 程念亮，李云婷，邱啟鴻，等. 2013年北京市PM2.5重污染日時(shí)空分布特征研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2015，31(3)：38-42.

[6] 中國環(huán)境監(jiān)測總站. 關(guān)于印發(fā)2014年度環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)工作進(jìn)展情況調(diào)查結(jié)果的通知[R].北京：中國環(huán)境監(jiān)測總站，2015.

[7] 環(huán)境保護(hù)部. 關(guān)于實(shí)施全國環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警工作進(jìn)展情況(2015年11月)的通報(bào)[R]. 北京：環(huán)境保護(hù)部，2015.

[8] 四川省環(huán)境監(jiān)測總站. 四川省空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警指導(dǎo)手冊(試行)[R]. 成都：四川省環(huán)境監(jiān)測總站，2015.

[9] 中國科學(xué)院大氣物理研究所，中國環(huán)境監(jiān)測總站. 區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)平臺設(shè)計(jì)[M]. 北京: 中國環(huán)境出版社，2015.

[10] 王曉彥，劉冰，李健軍，等. 區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)一般方法和基本原則[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2015，31(1)：134-138.

[11] 王曉彥，陳佳，朱莉莉，等. 城市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)范圍預(yù)報(bào)方法初探[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測，2015，31(6)：139-142.

Systemitic Design for Operation Platform of Air Quality Forecast Based on Forecast Methods

LIU Bing,WANG Xiaoyan,WANG Wei,WANG Wei,LU Ning,LI Jianjun,DING Junnan,ZHAO Yilin

State Key Laboratory of Environmental Monitoring Quality Control,China Environmental Monitoring Cetre,Beijing 100012,China

The constructions of environmental air quality forecasting capabilities have been carried out in China, and the most critical support is the operational platform of forecast. In the past, the design of the operation platform is based on the convenience of the software programming, which accords to the classification of forecast elements. Design method following the forecast method or the forecast process has rarely been considered. This study discussed the design method for forecast operational platform followed two principles,one is the process of forecast method, and another one is the design of human engineering. Following the process of forecast method can make the operational work achieve the maximum convenience; referring to the human body engineering will facilitate the operation and the completion with more efficiency and simplicity. At present, the domestic operational platform for environmental air quality forecasting is still at the initial stage, and the research and discussion on the design framework for an effective operational platform will be beneficial to the development of the national system and related capacity building.

forecast method;human engineering;air quality;operational platform

2015-12-24;

2016-01-21

科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)警及決策支撐技術(shù)及應(yīng)用”(2014BAC06B04)

劉 冰(1983-)，女，吉林長春人，碩士，工程師。

李健軍

X823

A

1002-6002(2016)02- 0001- 10