國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

康志明　桂海林　花　叢　張碧輝　張恒德　呂夢瑤　王繼康

（國家氣象中心，北京 100081）

國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

康志明桂海林花叢張碧輝張恒德呂夢瑤王繼康

（國家氣象中心，北京 100081）

環(huán)境氣象業(yè)務(wù)關(guān)注與人民健康直接相關(guān)、與人類活動密切聯(lián)系的大氣環(huán)境質(zhì)量問題。近年來，大氣污染等環(huán)境問題引起全社會的廣泛關(guān)注，環(huán)境氣象業(yè)務(wù)也得以迅速發(fā)展。2014年3月，中國氣象局為了更好地提供環(huán)境氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)服務(wù)，整合國家級業(yè)務(wù)單位資源，成立了中國氣象局環(huán)境氣象中心?；仡櫫藝壹壄h(huán)境氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展歷史，著重介紹了目前國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)狀以及主要技術(shù)手段。通過分析和總結(jié)目前環(huán)境氣象業(yè)務(wù)面臨的需求以及能力的不足和差距，討論了國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的未來發(fā)展趨勢和重點(diǎn)方向。

環(huán)境氣象，大氣污染，業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

0　引言

傳統(tǒng)的環(huán)境氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)包括霧、霾和沙塵等天氣，與之相對應(yīng)的監(jiān)測、預(yù)報(bào)及預(yù)警等業(yè)務(wù)也相對較為成熟。近年來，隨著中國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以高細(xì)顆粒物濃度為主要特點(diǎn)的空氣污染問題日益嚴(yán)重[1-4]，霧、霾和沙塵天氣頻繁出現(xiàn)，環(huán)境問題越來越受到社會各界的關(guān)注。我國一些大中城市在傳統(tǒng)的霧、霾及沙塵預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)基礎(chǔ)之上，積極開展了多種形式的環(huán)境氣象服務(wù)，環(huán)境氣象業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的業(yè)務(wù)規(guī)模。

2014年3月，中國氣象局環(huán)境氣象中心成立，主要負(fù)責(zé)提供國家級環(huán)境氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)服務(wù)并協(xié)調(diào)與之相關(guān)業(yè)務(wù)工作。環(huán)境氣象中心以國家氣象中心為基礎(chǔ)，聯(lián)合國家衛(wèi)星氣象中心、國家氣候中心、中國氣象局氣象探測中心、中國氣象科學(xué)研究院、中國氣象局公共氣象服務(wù)中心等單位，以“小實(shí)體、大網(wǎng)絡(luò)”方式運(yùn)行。國家級環(huán)境氣象中心的成立，整合了國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)和技術(shù)研發(fā)資源，規(guī)范了國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)，加強(qiáng)了對各級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的指導(dǎo)，提升國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)能力和服務(wù)水平，為國家大氣污染防治工作提供更有力保障。本文對國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的開展情況進(jìn)行梳理和總結(jié)，并結(jié)合環(huán)境氣象業(yè)務(wù)面臨的挑戰(zhàn)和需求，探討國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢。

1　環(huán)境氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)狀

1.1環(huán)境氣象產(chǎn)品體系

環(huán)境氣象的業(yè)務(wù)產(chǎn)品主要可分為監(jiān)測、預(yù)報(bào)預(yù)警及評估三大類。

1.1.1 環(huán)境氣象監(jiān)測

環(huán)境氣象監(jiān)測是指基于地面及高空氣象觀測、大氣成分監(jiān)測、衛(wèi)星遙感等觀測數(shù)據(jù)，形成的對霧、霾、沙塵、重污染等過程發(fā)生、發(fā)展、消散及影響范圍、強(qiáng)度的監(jiān)測分析產(chǎn)品。

1.1.2環(huán)境氣象預(yù)報(bào)預(yù)警

目前，國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和環(huán)境氣象數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，結(jié)合天氣分析、概念模型判斷、釋用技術(shù)和檢驗(yàn)評估分析等技術(shù)方法，制作并發(fā)布全國空氣污染氣象條件、全國地級以上城市空氣質(zhì)量、能見度、霧、霾以及沙塵落區(qū)預(yù)報(bào)預(yù)警產(chǎn)品。針對春節(jié)節(jié)日，開展煙花爆竹燃放氣象指數(shù)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)。同時(shí)，中央氣象臺還與國家環(huán)境監(jiān)測總站聯(lián)合開展京津冀及周邊地區(qū)重污染天氣監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)。

2014年10月，環(huán)境氣象中心整合國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)和技術(shù)研發(fā)資源，制作并發(fā)布《環(huán)境氣象公報(bào)》，打造集監(jiān)測、分析、評估、預(yù)報(bào)和預(yù)警為一體的國家級環(huán)境氣象綜合產(chǎn)品。

1.1.3環(huán)境氣象評估

大氣污染氣象條件評估主要內(nèi)容是利用大氣成分及相關(guān)氣象觀測數(shù)據(jù)，對大氣污染實(shí)況、污染天氣、氣象條件的特征及變化趨勢進(jìn)行客觀分析，利用歷史比對及數(shù)值模擬的方法，對大氣污染防治措施效果進(jìn)行評估，為相關(guān)決策部門提供大氣污染防治對策及建議，形成評估報(bào)告。

1.2環(huán)境氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體系

1.2.1環(huán)境氣象綜合觀測與分析應(yīng)用

20世紀(jì)80年代以來，中國氣象局逐步建設(shè)形成了一定規(guī)模的大氣成分觀測網(wǎng)，包含1個(gè)全球大氣本底站、6個(gè)區(qū)域站以及241個(gè)具有顆粒物觀測能力的霧霾觀測站以及365個(gè)酸雨觀測站。在邊界層氣象觀測方面，中國氣象局建有120個(gè)L波段雷達(dá)探空觀測站，可提供每日00和12時(shí)的秒級探空數(shù)據(jù)。此外，43部風(fēng)廓線雷達(dá)組成的業(yè)務(wù)試驗(yàn)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)垂直風(fēng)場的分鐘級全天候、連續(xù)觀測。同時(shí)，中國氣象局在衛(wèi)星遙感監(jiān)測方面也開展了大量的研究工作，并形成了一定的業(yè)務(wù)能力。基于風(fēng)云極軌和靜止氣象衛(wèi)星，開展霾（光學(xué)影像監(jiān)測）、霾污染指數(shù)、霾光學(xué)厚度、霧、沙塵（光學(xué)影像、沙塵指數(shù)、沙塵光學(xué)厚度定量監(jiān)測）等的實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用全球衛(wèi)星的環(huán)境氣象相關(guān)產(chǎn)品（二氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、甲烷），定期開展中國區(qū)域大氣空氣質(zhì)量、溫室氣體等時(shí)空分布和長期變化趨勢的評估等。

除中國氣象局建成的環(huán)境氣象綜合觀測系統(tǒng)外，環(huán)境保護(hù)部也在全國范圍內(nèi)建成了覆蓋地級以上城市的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。目前，環(huán)境保護(hù)部在全國布設(shè)的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)已經(jīng)由最初的661個(gè)增加到1436個(gè)。兩部委建成的環(huán)境空氣觀測系統(tǒng)在對大氣環(huán)境監(jiān)測方面起到了相互補(bǔ)充、相互配合的最優(yōu)資源綜合利用。

環(huán)境氣象中心基于中國氣象局環(huán)境綜合觀測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)及環(huán)境保護(hù)部環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)的國家環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點(diǎn)空氣質(zhì)量資料（包括PM10、PM2.5、PM1、SO2、NO2、CO、O3逐小時(shí)濃度和AQI指數(shù)），結(jié)合常規(guī)氣象要素觀測，實(shí)現(xiàn)全國霧和霾實(shí)況、大氣成分實(shí)況及超標(biāo)日、重點(diǎn)區(qū)域及重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量狀況等實(shí)時(shí)監(jiān)測。在綜合地面常規(guī)觀測資料應(yīng)用的同時(shí)，加強(qiáng)非常規(guī)資料的應(yīng)用。例如，用L波段秒探空資料診斷分析大氣邊界層結(jié)構(gòu)特征；用整層逆溫強(qiáng)度判斷能見度變化情況，進(jìn)而用于霧、霾天氣預(yù)報(bào)。初步開展鐵塔和風(fēng)廓線觀測資料應(yīng)用研究，從更高的時(shí)間及垂直分辨率上分析城市邊界層特征演變情況。此外，衛(wèi)星遙感資料，在包括大氣氣溶膠（霾、沙塵暴等）、溫室氣體、污染氣體等大氣成分的監(jiān)測及評估中也發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)還可對火山灰云、秸稈燃燒等大氣環(huán)境事件進(jìn)行監(jiān)測和評估。

1.2.2大氣化學(xué)模式

大氣化學(xué)模式是開展環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的重要技術(shù)支撐，是提高環(huán)境氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)精細(xì)化和定量水平的關(guān)鍵。當(dāng)前，國家級業(yè)務(wù)部門運(yùn)行CUACE霧和霾、CUACE沙塵和污染物擴(kuò)散模式等為空氣污染、沙塵、核擴(kuò)散等環(huán)境氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)提供科技支撐。此外，部分省（市），通過引進(jìn)CMAQ、WRF-Chem等區(qū)域大氣化學(xué)模式，建立了化學(xué)天氣數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，為區(qū)域和城市空氣質(zhì)量、能見度及霾等的預(yù)報(bào)預(yù)警提供了技術(shù)手段和科技支撐。

由于排放源、大氣化學(xué)過程等不確定性與邊界層天氣過程不確定性的疊加，目前大氣化學(xué)模式的預(yù)報(bào)能力還有明顯的提高空間，所以基于模式產(chǎn)品的檢驗(yàn)訂正尤為重要。環(huán)境氣象中心對CUACE模式預(yù)報(bào)性能進(jìn)行了單站和區(qū)域的定量檢驗(yàn)，分析了能見度、PM2.5、溫度和相對濕度等氣象要素預(yù)報(bào)的平均偏差、平均誤差、預(yù)報(bào)與實(shí)況相關(guān)性等統(tǒng)計(jì)量，為模式開發(fā)人員提供改進(jìn)建議，同時(shí)也為業(yè)務(wù)人員應(yīng)用提供依據(jù)。針對定量化應(yīng)用需求，在模式輸出要素基礎(chǔ)上，采用了滑動訂正、集合卡爾曼濾波等多種方法，結(jié)合實(shí)況觀測，對空氣質(zhì)量要素預(yù)報(bào)進(jìn)行訂正，以提高站點(diǎn)定量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。

1.2.3大氣污染氣象條件分析

污染排放是造成大氣污染的根本原因，在一定的時(shí)間尺度內(nèi)，污染排放一般變化不大，氣象條件成為影響最終污染狀況的決定因素，分析相關(guān)氣象條件是準(zhǔn)確了解和掌握大氣污染發(fā)展趨勢的關(guān)鍵[5-7]。因此，氣象條件分析既是大氣污染中長期預(yù)報(bào)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也可以通過定量分析大氣污染與氣象條件的關(guān)系及其變化趨勢，為政府大氣污染防治提供科學(xué)決策依據(jù)?？梢哉f，大氣污染氣象條件分析是氣象部門開展環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的優(yōu)勢所在。

1）污染氣象條件診斷分析

污染氣象條件分析主要是針對大氣污染，基于氣象觀測或大氣模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對能反映大氣污染物擴(kuò)散、輸送、沉降、清除等作用的氣象因子進(jìn)行診斷分析。比如混合層高度、垂直交換系數(shù)、通風(fēng)系數(shù)、理查孫數(shù)、小風(fēng)區(qū)和空氣滯留區(qū)等。這些診斷產(chǎn)品為霧、霾及空氣質(zhì)量等環(huán)境氣象預(yù)報(bào)提供了重要的分析依據(jù)。

2）污染氣象條件綜合指數(shù)

2014年以來，環(huán)境氣象中心針對近年發(fā)生的典型霧、霾和污染過程，分區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合不同天氣過程的特點(diǎn)，提煉典型天氣學(xué)特征和概念模型，在此基礎(chǔ)上研究可綜合反映氣象條件作用的關(guān)鍵指標(biāo)。

典型污染天氣往往發(fā)生在靜穩(wěn)的天氣形勢下，靜穩(wěn)天氣指數(shù)（SWI）就是通過綜合考慮濕度、風(fēng)速、逆溫強(qiáng)度、混合層高度等反映大氣溫濕條件及動力狀況的物理要素，用來定量評估大氣靜穩(wěn)程度，表征大氣對污染物的水平與垂直擴(kuò)散能力。指數(shù)的構(gòu)建基于統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)，篩選對靜穩(wěn)天氣具有較好指示意義的特征物理量，確定各物理量閾值及權(quán)重。霧和霾天氣多發(fā)生在地面相對濕度高、近地層風(fēng)速小、邊界層高度低且存在逆溫、無較強(qiáng)天氣系統(tǒng)影響的背景下，因此選取2m相對濕度、10m風(fēng)速、邊界層高度、低層逆溫強(qiáng)度、850hPa垂直速度及散度等物理量。在統(tǒng)計(jì)過程中，以各物理量不同區(qū)間內(nèi)霧、霾天氣發(fā)生概率相對氣候態(tài)的倍數(shù)為指標(biāo)，衡量其對靜穩(wěn)天氣的指示意義，并作為各物理量不同區(qū)間值對應(yīng)的權(quán)重，具體算法如下：

式中，ain為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)物理量i在區(qū)間n內(nèi)霧和霾出現(xiàn)站次，bin為相應(yīng)的晴好站次；a為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)總的霧和霾站次，b為總的晴好站次。以北京為例，2m相對濕度對霧和霾及晴好天氣的區(qū)分能力最高，當(dāng)相對濕度高于88%時(shí)權(quán)重系數(shù)最高，達(dá)到3.4，即霧和霾發(fā)生概率是氣候態(tài)的3.4倍；逆溫強(qiáng)度、10m風(fēng)速和邊界層高度的區(qū)分能力依次次之，最高權(quán)重分別為2.1，1.9和1.8。

靜穩(wěn)天氣指數(shù)不僅僅在預(yù)報(bào)中為業(yè)務(wù)人員提供氣象條件的定量判斷，同時(shí)在重大氣象服務(wù)和過程評估中也發(fā)揮了積極的意義。2014年11月5—11日， APEC會議在北京召開，10月剛剛經(jīng)歷4次嚴(yán)重霧和霾天氣的北京，空氣質(zhì)量好壞成為當(dāng)時(shí)政府決策者最為關(guān)心的問題之一?！办o穩(wěn)天氣指數(shù)”作為具有氣象特色的環(huán)境氣象分析方法技術(shù)，在多次的決策氣象服務(wù)中發(fā)揮了重要的作用，也受到了各方的好評。

圖1給出2014年10月7日—11月23日北京地區(qū)平均PM2.5濃度與靜穩(wěn)天氣指數(shù)演變。由圖可知，靜穩(wěn)天氣指數(shù)的演變與PM2.5濃度之間有較好的對應(yīng)關(guān)系，10月4次嚴(yán)重的霧和霾天氣都分別與靜穩(wěn)指數(shù)峰值相對應(yīng)。同時(shí)，靜穩(wěn)天氣指數(shù)也可直觀地反映出減排措施發(fā)揮的作用。例如，10月28—30日，政府開始采取一定的防控措施，雖然靜穩(wěn)指數(shù)與10月前期3次污染過程相當(dāng)，但實(shí)際PM2.5濃度明顯偏低。APEC期間，隨著防控力度的加大，PM2.5濃度進(jìn)一步降低。在APEC結(jié)束后的評估報(bào)告中，靜穩(wěn)天氣指數(shù)被進(jìn)一步用來定量評估氣象條件的作用。定義PI=PM2.5濃度/靜穩(wěn)天氣指數(shù)（Pollution Index，PI），代表一定氣象條件下出現(xiàn)的污染程度。通過對比分析2014年10—11月APEC會議前后兩段時(shí)間內(nèi)的PI與無減排措施情況PI，10月，平均PI為9.8，11月1—10日平均PI為4.9，僅為10月的一半。說明在同樣的氣象條件下，11月1—10日與10月相比，污染程度明顯降低，體現(xiàn)出11月上旬APEC會議期間采取有力防控措施取得了明顯效果。

圖1　2014年10月7日-11月23日北京地區(qū)平均PM2.5濃度與靜穩(wěn)天氣指數(shù)演變Fig.1 Average PM2.5concentration （bars） and stable weather index （curve） in Beijing during October 7 to November 22, 2014.

除了靜穩(wěn)天氣形勢對污染物起到重要積聚作用以外，污染物區(qū)域輸送也是影響污染濃度的重要因素[8-13]，平流輸送對某地污染的形成具有重要作用。污染物自邊界層向上抬升后停留時(shí)間變長，通過平流輸送可以擴(kuò)散至其他地區(qū)，影響該地的空氣質(zhì)量。結(jié)合PM2.5排放源強(qiáng)度、污染物輸送概率等因子，構(gòu)建了表征污染物傳輸強(qiáng)度的指數(shù)，可代表輸送能力的空間分布情況。

式中，T為傳輸強(qiáng)度，R為輸送概率，E為PM2.5排放強(qiáng)度（單位：t/a），Wd為距離權(quán)重函數(shù)，Wtl為時(shí)間權(quán)重函數(shù)，PSCF為潛在源貢獻(xiàn)因子。下標(biāo)l和（i，j）分別是對應(yīng)的軌跡和網(wǎng)格。

圖2為2013年11月—2014年3月北京的污染物傳輸強(qiáng)度分布。除北京南部對北京市區(qū)有強(qiáng)的傳輸影響外，天津、河北中南部、山東西北部及河南北部傳輸強(qiáng)度大于1，說明上述地區(qū)的污染物也可通過區(qū)域傳輸對北京產(chǎn)生較明顯影響。尤其是河北中部、天津西部距離北京近，工業(yè)發(fā)達(dá)，排放強(qiáng)度較高，且經(jīng)過這兩個(gè)區(qū)域的氣流到達(dá)北京后，易與燕山和太行山脈形成地形輻合，使污染物難以擴(kuò)散，進(jìn)一步加重污染程度，因此傳輸作用最為明顯。工業(yè)較為發(fā)達(dá)的太原、濟(jì)南和鄭州等周邊省會城市，由于較少有氣團(tuán)軌跡經(jīng)過或距離較遠(yuǎn)等原因，對北京的傳輸作用并不明顯。

圖2　2013年11月—2014年3月北京污染物傳輸強(qiáng)度指數(shù)分布Fig.2 Distribution of the average index of pollutant transports strength in Beijing during November 2013 to March 2014.

1.2.4環(huán)境氣象客觀預(yù)報(bào)技術(shù)

與降水相比，數(shù)值模式對霧、霾這類災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)能力更為有限，甚至缺乏具有直接參考意義的預(yù)報(bào)產(chǎn)品，實(shí)際業(yè)務(wù)中主要依靠預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)報(bào)難度非常大。因此，總結(jié)預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，建立預(yù)報(bào)模型，開發(fā)客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品具有實(shí)際意義。目前，開展了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多指標(biāo)疊套、多元回歸等方法的客觀預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用。統(tǒng)計(jì)分析物理量、參數(shù)、排放源與霧、霾、沙塵、空氣質(zhì)量、光化學(xué)污染的關(guān)系，提取預(yù)報(bào)因子，基于天氣學(xué)模型，結(jié)合實(shí)況及業(yè)務(wù)模式產(chǎn)品，設(shè)立相應(yīng)判據(jù)和預(yù)報(bào)指標(biāo)，建立預(yù)報(bào)模型、方程和流程，計(jì)算基本物理量和大氣邊界層特征參數(shù)，匹配指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行指標(biāo)疊套運(yùn)行、擬合試驗(yàn)和回歸計(jì)算等，并進(jìn)一步優(yōu)化因子組合和運(yùn)行試驗(yàn)，進(jìn)而得到客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

1.2.5環(huán)境氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺

環(huán)境氣象屬交叉學(xué)科，涉及數(shù)據(jù)種類繁多、來源廣泛，分析方法也與常規(guī)天氣預(yù)報(bào)有較大不同。相關(guān)數(shù)據(jù)庫以及平臺建設(shè)滯后成為影響環(huán)境氣象業(yè)務(wù)進(jìn)一步發(fā)展的重要制約因素。圍繞建設(shè)國家級環(huán)境氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)綜合一體化業(yè)務(wù)平臺的目標(biāo)，環(huán)境氣象中心初步開展了環(huán)境氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，整理編輯和重建歷史資料，建立環(huán)境氣象數(shù)據(jù)集，包括大氣成分資料、空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星產(chǎn)品、地面常規(guī)及非常規(guī)觀測資料，通過數(shù)據(jù)整理、計(jì)算分析和格式轉(zhuǎn)化，建設(shè)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣污染信息功能。搭建環(huán)境氣象業(yè)務(wù)平臺，在主流天氣分析業(yè)務(wù)平臺MICPAS的框架下進(jìn)行二次開發(fā)，針對環(huán)境氣象的特殊需求，實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣象監(jiān)測、診斷分析及產(chǎn)品制作等功能。

2　國家級環(huán)境氣象服務(wù)面臨的問題及未來發(fā)展

2.1國家級環(huán)境氣象服務(wù)面臨的新需求

國家級環(huán)境氣象服務(wù)面臨的需求按照不同的對象可分為以下3個(gè)方面：

1）決策服務(wù)需求。作為國家級業(yè)務(wù)單位，如何為政府決策提供更科學(xué)的依據(jù)成為國家級環(huán)境氣象服務(wù)面臨的重要課題。政府決策部門對環(huán)境氣象服務(wù)的需求來源于大氣污染防治、重大社會活動保障、國際環(huán)境外交談判等方面，這些需求主要集中在長時(shí)效、重大過程預(yù)報(bào)、科學(xué)定量評估及對比分析等方面。在國務(wù)院《大氣污染防治行動計(jì)劃》出臺之后，各級政府需要在實(shí)際大氣污染的科學(xué)評估基礎(chǔ)上制定相應(yīng)減排政策，需要中長期的過程預(yù)報(bào)來實(shí)現(xiàn)對重污染過程的減排調(diào)控。由于大氣污染與氣象條件密切相關(guān)，準(zhǔn)確了解和掌握大氣污染的實(shí)況及相應(yīng)氣象條件，定量分析大氣污染與氣象條件的關(guān)系及其變化趨勢，科學(xué)描述實(shí)際減排效果，是制定未來污染防治措施的科學(xué)基礎(chǔ)。

2）公眾服務(wù)需求。在公眾不斷提高健康意識后，人們更加希望有精細(xì)的環(huán)境氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)從而安排他們的生活出行等。所以公眾服務(wù)需求主要體現(xiàn)在精細(xì)化的環(huán)境氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品上。

3）業(yè)務(wù)指導(dǎo)需求。國內(nèi)氣象部門除北京、上海、廣東等地區(qū)外，大部分臺站環(huán)境氣象業(yè)務(wù)起步晚，技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，亟待國家級技術(shù)與產(chǎn)品的指導(dǎo)。業(yè)務(wù)指導(dǎo)需求體現(xiàn)在預(yù)報(bào)技術(shù)、診斷分析方法、業(yè)務(wù)規(guī)范等方面。

2.2環(huán)境氣象業(yè)務(wù)能力的不足之處

與需求相比，環(huán)境氣象業(yè)務(wù)能力不足主要體現(xiàn)在：

1）環(huán)境氣象部分業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，預(yù)報(bào)服務(wù)還需進(jìn)一步規(guī)范。

2）環(huán)境氣象監(jiān)測能力有待提高，與常規(guī)氣象要素相比，大氣成分觀測站點(diǎn)數(shù)量明顯不足，與大氣污染緊密相關(guān)的邊界層氣象觀測手段有限。在監(jiān)測分析技術(shù)上，還未能實(shí)現(xiàn)多源資料的融合分析，沒能實(shí)現(xiàn)各種觀測資料優(yōu)勢互補(bǔ)的目的。

3）大氣化學(xué)模式與數(shù)值天氣模式的融合發(fā)展還需加強(qiáng)，對相關(guān)物理化學(xué)過程以及機(jī)制機(jī)理認(rèn)識還有待深入，大氣成分監(jiān)測資料的同化技術(shù)在業(yè)務(wù)模式中的應(yīng)用明顯滯后，污染源排放信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和動態(tài)更新技術(shù)比較薄弱。模式應(yīng)用能力不高，預(yù)報(bào)員對不同模式的認(rèn)識和理解不足，檢驗(yàn)訂正能力不高；模式解釋應(yīng)用產(chǎn)品精度仍然不高，技術(shù)方法有待改進(jìn)。

4）對靜穩(wěn)天氣、重污染、霾的形成機(jī)理認(rèn)識仍比較欠缺，尤其是邊界層的物理化學(xué)過程認(rèn)識還有待深入。

5）環(huán)境氣象評估能力較弱。環(huán)境氣象觀測資料綜合分析利用能力不足，評估方法和手段不夠豐富，定量化水平和科技含量不高。

6）環(huán)境氣象業(yè)務(wù)基礎(chǔ)保障能力仍然較弱，體現(xiàn)在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及平臺支撐能力不足。

2.3環(huán)境氣象業(yè)務(wù)發(fā)展目標(biāo)及重點(diǎn)工作

國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)要充分發(fā)揮各成員單位的優(yōu)勢，建立和完善環(huán)境氣象業(yè)務(wù)中心的工作流程和有效的運(yùn)行機(jī)制，形成功能較為完備、布局較為合理、技術(shù)較為先進(jìn)的國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)體系；初步建立集監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警和評估服務(wù)于一體的集約化、規(guī)范化的環(huán)境氣象業(yè)務(wù)流程；進(jìn)一步提升國家級環(huán)境氣象觀測、預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)及對省級部門環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的指導(dǎo)能力。

2.3.1環(huán)境氣象監(jiān)測與分析能力建設(shè)

逐步建成覆蓋全國、重點(diǎn)地區(qū)的大氣成分觀測站網(wǎng)，并加強(qiáng)邊界層氣象觀測建設(shè)。開展我國主要污染氣體和溫室氣體等衛(wèi)星載荷指標(biāo)優(yōu)化論證，開展主要污染氣體、溫室氣體以及氣溶膠（氣溶膠光學(xué)厚度等）等衛(wèi)星資料處理關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研，建立高時(shí)空分辨率中國區(qū)域衛(wèi)星大氣成分觀測資料庫。改進(jìn)和提高霾的衛(wèi)星遙感監(jiān)測識別技術(shù)方法和定量監(jiān)測評估技術(shù)。

開展多源資料融合技術(shù)攻關(guān)，發(fā)揮地面觀測和衛(wèi)星遙感監(jiān)測的各自優(yōu)勢，重點(diǎn)是加強(qiáng)衛(wèi)星反演技術(shù)及其與地面觀測的校準(zhǔn)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)具備覆蓋全國區(qū)域的大氣成分監(jiān)測能力。同時(shí)，加強(qiáng)邊界層常規(guī)、非常規(guī)氣象觀測資料的綜合分析應(yīng)用，診斷分析邊界層結(jié)構(gòu)特征，提高對霾、沙塵暴、光化學(xué)煙霧等發(fā)生發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識，改進(jìn)霾及沙塵暴客觀預(yù)報(bào)技術(shù)。

2.3.2發(fā)展大氣化學(xué)模式

改進(jìn)氣溶膠及氣態(tài)化學(xué)機(jī)理，優(yōu)化模式方案；充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)化觀測與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行排放源的反演研究，對排放源清單進(jìn)行改進(jìn)；發(fā)展資料同化技術(shù)，同化應(yīng)用環(huán)境觀測資料并改進(jìn)模式初值；實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣象模式系統(tǒng)的三個(gè)子模式（氣象模式—污染源模式—化學(xué)模式）的協(xié)同發(fā)展，建立一體化可預(yù)報(bào)多要素大氣成分的環(huán)境氣象數(shù)值模式綜合系統(tǒng)。

開展多模式的檢驗(yàn)、比較、評估與本地化研發(fā)工作，研發(fā)多模式集成應(yīng)用技術(shù)，提高模式解釋應(yīng)用能力。

2.3.3發(fā)展霧、霾及重污染中長期預(yù)報(bào)技術(shù)

發(fā)展中長期預(yù)報(bào)是提高決策服務(wù)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以動力統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)，依據(jù)靜穩(wěn)天氣綜合判定指標(biāo)，結(jié)合排放源數(shù)據(jù)及模式產(chǎn)品，利用連續(xù)積分和閾值控制，建立能反映水汽、氣溶膠累積、擴(kuò)散過程效應(yīng)的霧、霾潛勢預(yù)報(bào)產(chǎn)品；研制邊界層關(guān)鍵氣象要素的數(shù)值產(chǎn)品訂正技術(shù)和集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品釋用技術(shù)，提高與霧和霾相關(guān)的邊界層氣象要素在中期時(shí)段的預(yù)報(bào)水平；結(jié)合霧、霾潛勢、能見度客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品、氣象要素預(yù)報(bào)訂正產(chǎn)品，逐步開展霧和霾中長期分類分級預(yù)報(bào)。

2.3.4環(huán)境氣象評估及預(yù)評估

大氣污染評估及預(yù)評估是政府部門科學(xué)應(yīng)對大氣污染的依據(jù)。目前，國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)部門從氣象部門的特色和優(yōu)勢出發(fā)，已初步開展了大氣污染氣象條件的評估工作。主要是是利用大氣成分及相關(guān)氣象觀測數(shù)據(jù)，對大氣污染實(shí)況、污染天氣、氣象條件的特征及變化趨勢進(jìn)行客觀分析，利用歷史比對及數(shù)值模擬的方法，對大氣污染防治措施效果進(jìn)行評估。

大氣污染氣象條件的評估重點(diǎn)是科學(xué)定量地描述氣象條件在大氣污染中所起的作用，目前主要有兩個(gè)途徑，一是利用氣象觀測，分析與大氣污染相關(guān)的氣象要素或綜合指數(shù)；二是通過數(shù)值模擬的方法，利用同一大氣化學(xué)模式，在不改變排放源的情況下，針對不同氣象條件進(jìn)行模擬預(yù)報(bào)，比如模擬預(yù)報(bào)大氣污染防治措施實(shí)施期間及歷史同時(shí)段大氣污染狀況，通過模擬預(yù)報(bào)的結(jié)果綜合分析不同氣象條件下對大氣污染防治措施對污染物濃度的貢獻(xiàn)。

環(huán)境氣象預(yù)評估是指在預(yù)測有重污染天氣過程或重大活動的氣象保障時(shí)，提前對所關(guān)心區(qū)域的污染狀況、采取一定減排措施后的可能污染狀況以及不同區(qū)域排放的輸送影響等進(jìn)行詳細(xì)的分析，提供給決策部門作為減排調(diào)控的參考。預(yù)評估主要通過模式模擬的途徑來完成。目前為止，預(yù)評估業(yè)務(wù)還未實(shí)時(shí)開展。

2.3.5環(huán)境氣象業(yè)務(wù)拓展

出于健康角度，社會公眾對環(huán)境氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品有極高的關(guān)注度。但是目前環(huán)境預(yù)報(bào)產(chǎn)品的針對性仍然不強(qiáng)，比如霾的定義主要是基于能見度，與健康影響之間無直接關(guān)系，而空氣污染氣象條件則只是污染的一種潛勢預(yù)報(bào)。研究霾、重污染等對人體健康的影響，并結(jié)合其他氣象條件，發(fā)展健康氣象等環(huán)境氣象業(yè)務(wù)，將提高環(huán)境氣象預(yù)報(bào)服務(wù)的針對性。

基于基本數(shù)據(jù)庫、評價(jià)指標(biāo)體系及等級指標(biāo)、評估模型等，研制環(huán)境氣象條件對人體健康影響評估業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境氣象對健康效應(yīng)發(fā)生的范圍、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、綜合影響等做出客觀定量評價(jià)，提供及時(shí)客觀的健康影響評價(jià)產(chǎn)品及環(huán)境氣象健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警產(chǎn)品。開展環(huán)境氣象因子及各大氣成分濃度對區(qū)域人體健康影響定量評估業(yè)務(wù)，針對特殊環(huán)境氣象事件，為決策部門提供及時(shí)客觀的健康影響評價(jià)服務(wù)產(chǎn)品。

3　結(jié)語

通過對國家級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的回顧和分析，可以看到，在各方面的高度關(guān)注下，環(huán)境氣象業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，已經(jīng)形成了一定的業(yè)務(wù)產(chǎn)品和技術(shù)支撐體系，并在氣象服務(wù)中發(fā)揮了重要的作用。但是，面對服務(wù)需求的快速增長，環(huán)境氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)能力的提高刻不容緩，在綜合監(jiān)測分析、精細(xì)化預(yù)報(bào)、中長期趨勢預(yù)報(bào)、評估及預(yù)評估技術(shù)等方面仍存在明顯不足，這些也將是未來環(huán)境氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)。

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China's National Environmen-Meteorological Services and Their Developmental Trend

Kang Zhiming, Gui Hailin, Hua Cong, Zhang Bihui, Zhang Hengde, Lü Mengyao, Wang Jikang
（National Meteorological Centre， China Meteorological Administration， Beijing 100081）

The environment-meteorological services in China are concerned with atmospheric environmental quality, which is directly related to human activities and affects human health. In recent years, air pollution and other environmental problems have attracted the nationwide attention in China, so that the environment-meteorological services have been developed rapidly. The Environment-Meteorological Centre of the China Meteorological Administration was established in March 2014 by integrating the resources of various national service units to provide better meteorological monitoring and forecasting services,. In this paper, we review the developments of China’s national environment-meteorological services and highlight their current status including major technological capabilities. We also explore future trends of the national environment-meteorological services by analysing the capabilities， defciencies and gaps in supply to the demands of the current environment-meteorological services.

environment-meteorology, air pollution, current status

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.02.007

2015年6月14日；

2015年8月6日

康志明（1978—），Email：kangzm@cma.gov.cn

資助信息： 中國氣象局氣象關(guān)鍵技術(shù)集成與應(yīng)用（重點(diǎn)）項(xiàng)目（CMA GJ2013Z05）