福建省環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展研究報告

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福建省環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展研究報告

福建省氣象學(xué)會，福建省氣象科學(xué)研究所

環(huán)境氣象學(xué)（Environmental Meteorology）是氣象學(xué)與環(huán)境學(xué)相互交叉的一個學(xué)科，由于學(xué)科涵蓋面非常廣，氣象學(xué)界和環(huán)境學(xué)界對這一新興的、熱門的學(xué)科在研究對象和內(nèi)容等方面還有不同認識，本報告主要從氣象角度來闡述環(huán)境氣象學(xué)科的研究進展、發(fā)展前景和展望。環(huán)境氣象學(xué)作為大氣科學(xué)學(xué)科的一個重要分支，主要研究大氣運動與大氣中污染物相互作用，重點研究大氣邊界層動力學(xué)、空氣污染氣象學(xué)以及大氣污染對環(huán)境和天氣氣候的影響；從業(yè)務(wù)服務(wù)層面上側(cè)重于開展環(huán)境氣象的預(yù)報預(yù)警、監(jiān)測分析與影響評估，立足城市環(huán)境氣象服務(wù)，有效應(yīng)對重污染天氣和嚴重霾天氣；目的是確定最優(yōu)污染物削減方案，為政府區(qū)域聯(lián)動建立有效防治大氣污染長效機制提供決策依據(jù)，持續(xù)改善大氣環(huán)境。福建省環(huán)境氣象業(yè)務(wù)產(chǎn)品主要分為監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警及評估三大類。未來福建省環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展以提高環(huán)境氣象科研和業(yè)務(wù)能力為目標，重點工作包括環(huán)境氣象監(jiān)測與分析能力建設(shè)、大氣化學(xué)模式和霧、霾及重污染中長期預(yù)報技術(shù)研發(fā)、邊界層結(jié)構(gòu)和大氣污染研究、環(huán)境氣象評估和預(yù)評估、城市環(huán)境氣象服務(wù)、環(huán)境氣象業(yè)務(wù)拓展，注重氣象環(huán)保合作，聯(lián)手打造清新福建。

環(huán)境氣象學(xué) 大氣邊界層 天氣氣候 重污染天氣 霾天氣

1 環(huán)境氣象學(xué)科介紹

1.1 學(xué)科產(chǎn)生的背景與社會需求

近年來，現(xiàn)代化大中城市人口密度增大，汽車保有量突增，能源消費總量明顯攀升，城市建設(shè)加快，下墊面結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，某些污染物排放量的增加，導(dǎo)致大氣環(huán)境污染問題日益突出。大范圍、嚴重的霾天氣和重污染天氣頻繁發(fā)生，直接危害了交通安全、人體健康、生態(tài)環(huán)境、城市景觀等。在生活水平不斷提高的今天，人們越來越重視生活質(zhì)量，對周圍的環(huán)境、空氣質(zhì)量、天氣氣候變化非常關(guān)注，迫切需要了解和掌握同自己日常生活有密切關(guān)系的環(huán)境、影響環(huán)境條件的各種因素的變化狀況，以便采取各種對策和措施來改善環(huán)境、提高生活質(zhì)量，為此，環(huán)境氣象學(xué)應(yīng)運而生，大力發(fā)展環(huán)境氣象學(xué)科已成為國家經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)和公眾健康的迫切需求。

同時，國際環(huán)境外交談判對環(huán)境氣象的科技支撐提出了迫切需求。人類活動排放的各類大氣成分導(dǎo)致的氣候變化，是國際環(huán)境外交的重要議題，也是目前全球最重大的環(huán)境問題之一。作為氣溶膠、溫室氣體等大氣成分的排放大國，我國正面臨著巨大的環(huán)境外交壓力，面臨著為維護國家權(quán)益而提供科學(xué)成果和權(quán)威數(shù)據(jù)的嚴峻挑戰(zhàn)。

1.2 學(xué)科研究對象和內(nèi)容

從氣象角度來看，環(huán)境氣象學(xué)科是研究與人類生活息息相關(guān)的大氣現(xiàn)象及其變化規(guī)律的學(xué)科，與此相關(guān)的氣象業(yè)務(wù)工作稱之為環(huán)境氣象業(yè)務(wù)服務(wù)。環(huán)境學(xué)界認為，環(huán)境氣象學(xué)是研究環(huán)境科學(xué)與工程中的氣象學(xué)問題，研究氣象在人類活動尺度上對空氣、水和生態(tài)的影響，主要內(nèi)容有：大氣污染物的種類、特性及來源，大氣污染過程及源解析、環(huán)境規(guī)劃與管理、環(huán)境工程與技術(shù)、環(huán)境化學(xué)、大氣成分監(jiān)測技術(shù)、大氣環(huán)境監(jiān)測與質(zhì)量控制、大氣污染機理與控制技術(shù)等。雙方對這一學(xué)科有不同的認識，由于本課題組成員均為氣象工作者，以下分析均從氣象學(xué)角度出發(fā)歸納、總結(jié)和評價近年來國內(nèi)外環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展的新進展、新成果和新技術(shù)。

氣象學(xué)界認為，環(huán)境氣象學(xué)主要研究內(nèi)容包括：污染物在大氣中形成、傳輸和轉(zhuǎn)化過程的機理及與氣象因素的關(guān)系，大氣環(huán)境與全球氣候變化的相關(guān)關(guān)系、大氣污染對環(huán)境和天氣氣候的影響、邊界層空氣污染①氣象學(xué)、城市氣象學(xué)②、空氣污染氣象條件與重污染天氣預(yù)警技術(shù)、大氣環(huán)境化學(xué)③、環(huán)境氣象數(shù)值模式研發(fā)與釋用、突發(fā)環(huán)境污染應(yīng)急響應(yīng)等。涉及的主要科學(xué)問題有：重污染與嚴重霾天氣的形成機理、氣象成因和預(yù)防治理問題；溫室氣體引發(fā)的氣候變暖問題；氣候變化對氣溶膠的反饋作用；區(qū)域大氣環(huán)境評價、大氣質(zhì)量評估等污染氣象學(xué)問題；重大社會活動環(huán)境氣象保障的任務(wù)實施與人工干預(yù)天氣問題；通過大氣傳播的傳染病與特質(zhì)性過敏癥以及與大氣參數(shù)相關(guān)聯(lián)的醫(yī)療氣象問題；高速公路、機場、港口面臨受到濃霧嚴重影響的問題及其人類通過人工手段抗擊干旱、暴雨、冰雹、霜害、霧霾、雷電等人工影響天氣問題。

在人類的生活環(huán)境中，許多現(xiàn)象都與氣象密切相關(guān)，環(huán)境氣象業(yè)務(wù)將這些現(xiàn)象與氣象要素緊密結(jié)合，分析它們相互之間的關(guān)系和影響，加強并加快科學(xué)研究進程，形成對社會可持續(xù)發(fā)展及人們?nèi)粘Ｉ钣兴鶐椭母黝悮庀蠓?wù)產(chǎn)品。

2 國內(nèi)外環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展的進展與展望

2.1 國外環(huán)境氣象學(xué)科的發(fā)展

國際上很早就開始開展環(huán)境氣象相關(guān)研究。早在1820年，英國化學(xué)家和業(yè)余氣象學(xué)家Luke Howard出版了《倫敦氣候》一書，提出“城市熱島”現(xiàn)象，此后，各國學(xué)者對不同維度、不同類型的大大小小城市陸續(xù)做了大量的城、郊氣溫對比觀測以研究“大氣熱污染現(xiàn)象”。由于城市及其周邊地區(qū)污染源分布較多，受影響人群眾多，城市環(huán)境在大氣科學(xué)中的重要性顯得尤為突出，為此1995年世界氣象組織在全球大氣監(jiān)測計劃中專門開辟了“城市氣象學(xué)和環(huán)境研究”這一新的研究項目。1930年，比利時馬斯河谷發(fā)生煙霧事件，大量煙霧彌漫在河谷上空無法擴散，有害氣體積存量接近危害健康的極限，導(dǎo)致大量市民和家畜死亡。此后，類似的煙霧污染事件在世界很多地方發(fā)生過，如1952年倫敦?zé)熿F事件，這逐漸引起有關(guān)學(xué)者和環(huán)境管理者的關(guān)注，相關(guān)的研究也大量開展。19世紀50年代前后，美國洛杉磯光化學(xué)煙霧事件引起了人們的高度關(guān)注，1947年美國劃定了一個空氣污染控制區(qū)，專門研究污染物的性質(zhì)和來源，探討如何才能改變大氣污染現(xiàn)狀。洛杉磯光化學(xué)污染事件促進了美國大氣環(huán)境的相關(guān)研究，催生了著名的《清潔空氣法》。1995年至1999年，大型國際合作組織科研計劃（INDOEX）在印度洋上空發(fā)現(xiàn)有一約3km厚、美國大陸面積大小、棕色的污染塵籠罩在印度洋、南亞、東南亞和中國上空，被稱為“大氣棕色云”，這是首次在遠離大陸的大洋上空發(fā)現(xiàn)的污染物大范圍聚集，使亞洲地區(qū)的空氣質(zhì)量狀況受到全球關(guān)注。類似的課題在東亞—太平洋也開展了，由美國、日本、韓國、中國等各國科學(xué)家組織和發(fā)起的亞洲氣溶膠試驗也發(fā)現(xiàn)太平洋上空大氣受人類活動污染的影響非常顯著，存在面積巨大、具有較高光學(xué)厚度的霾層，霾及其重要成分PM2.5逐漸成為國際上大氣污染研究領(lǐng)域的熱點和前沿。

2.2 我國環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展迅速

在我國，環(huán)境氣象研究比較先進的領(lǐng)域是：北京、上海、蘭州等國內(nèi)各大城市環(huán)境氣象研究；珠江三角洲、長江三角洲、遼寧中部等城市群環(huán)境氣象研究；山區(qū)、沿海、戈壁、草原、沙漠、水網(wǎng)、極地等不同下墊面的環(huán)境氣象研究。一些高校在居住小區(qū)環(huán)境氣象研究、環(huán)境空氣質(zhì)量（指數(shù)）預(yù)報、大氣霾預(yù)測預(yù)警，環(huán)境氣象風(fēng)險、各種環(huán)境氣象災(zāi)害與健康影響、大氣環(huán)境應(yīng)急系統(tǒng)等業(yè)務(wù)服務(wù)研究領(lǐng)域也取得了長足進步。

近三年，國家級、省級、市縣級氣象部門已全面部署了環(huán)境氣象的業(yè)務(wù)服務(wù)以及科研工作；在高校（北京大學(xué)、南京大學(xué)、中山大學(xué)、蘭州大學(xué)、南京信息工程大學(xué)）、國家級研究院所（中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所、中國氣象局北京城市氣象研究所、中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所、中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所、長三角環(huán)境氣象預(yù)警預(yù)報中心等）、省級科研所（主要從事業(yè)務(wù)服務(wù)工作以及本地化適用性科研）等單位也全面開展了環(huán)境氣象學(xué)科各個分支的研究，組建了大量的科技創(chuàng)新團隊，加緊攻關(guān)環(huán)境氣象領(lǐng)域的重點科學(xué)問題。另外，我國一些大中城市認真借鑒國外先進經(jīng)驗，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，社會經(jīng)濟效益明顯，為氣象部門在國家生態(tài)文明建設(shè)中進一步發(fā)揮作用奠定了良好的基礎(chǔ)。

20世紀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)，在邊界層氣象觀測方面，建有L波段雷達探空觀測站和風(fēng)廓線雷達，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測開展霾、沙塵、霧、溫室氣體等的實時監(jiān)測和評估。環(huán)境保護部也在全國范圍內(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)。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，氣象部門和一些科研院所建立或引進發(fā)展了各類數(shù)值模式，如CUACE、CAPPS、CMAQ、WRF-Chem等，為區(qū)域和城市空氣質(zhì)量、能見度及霾等的預(yù)報預(yù)警提供技術(shù)手段和科技支撐。

在城市氣象服務(wù)方面，我國環(huán)境氣象針對國家重大社會活動保障需求(如2008年北京奧運會，2010年上海世博會和廣州亞運會，APCE會議，65周年國慶閱兵，杭州G20峰會，等)、社會關(guān)注熱點（如冬季嚴重霾天氣產(chǎn)生的原因及其治理，高污染或嚴重霾天氣預(yù)警啟動和解除，對汽車限制行駛、孩子上學(xué)的影響等）、人民生活需求（如外出或出差指南、如何保護身體免受高污染的侵害、春節(jié)可否燃放煙花爆竹等）開展全方位服務(wù)，主要工作有：為空氣質(zhì)量保障和極端不利氣象條件下空氣污染應(yīng)急措施提供數(shù)據(jù)支持；對各種環(huán)境氣象災(zāi)害進行預(yù)警、采取有效措施，預(yù)防和減輕重污染的危害；提供與人們生活健康相關(guān)的環(huán)境氣象預(yù)報服務(wù)。

2.3 京津冀、長三角地區(qū)以及珠三角城市群環(huán)境氣象學(xué)科研究進展

京津冀、長三角地區(qū)是我國環(huán)境氣象學(xué)的研究中心，基本代表了我國環(huán)境氣象學(xué)研究的最高水準。在國家973計劃項目等的支持下，一些學(xué)者開展了我國最大規(guī)模的城市環(huán)境氣象學(xué)觀測試驗研究，例如北京城市大氣環(huán)境綜合試驗（BECAPEX），綜合分析城市化環(huán)境大氣污染的動力學(xué)特征及其影響，提出城區(qū)“空氣穹隆”動力結(jié)構(gòu)綜合物理圖像等，取得了很多研究成果，促進了我國環(huán)境氣象科學(xué)研究快速發(fā)展。

眾所周知，近年來珠三角城市群經(jīng)濟發(fā)展迅速、取得了舉世矚目的成就，但最大的改變是珠三角城市群環(huán)境空氣質(zhì)量發(fā)生了明顯的改善，大氣顆粒物濃度大幅下降，霾天氣明顯減少，空氣質(zhì)量的優(yōu)良率較京津冀、長三角地區(qū)高出很多，從前污濁的空氣已從老百姓的視野逐漸消失，清新的空氣讓珠三角城市群更具吸引力。這主要歸功于環(huán)境科學(xué)家在珠三角從事了大量的科學(xué)研究、觀測和實驗，比如中山大學(xué)等單位在國家973計劃項目支持下，開展了珠江三角洲城市群環(huán)境氣象條件觀測研究，根據(jù)珠江三角洲地理環(huán)境、氣候背景和最新取得的邊界層氣象觀測資料的綜合分析研究，基本摸清了珠江三角洲區(qū)域空氣污染形成機制，建立了可供珠江三角洲區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量分析、霾天氣預(yù)測預(yù)報等分析，建立珠江三角洲大氣邊界層④概念模型，為政府提出了治霾、凈化空氣質(zhì)量的具體措施和城市建設(shè)布局等建議。

2.4 環(huán)境氣象學(xué)科展望

首先，環(huán)境氣象學(xué)是一門綜合性很強的學(xué)科，環(huán)境氣象學(xué)研究必須提倡合作。高校、氣象、環(huán)保、水文、海洋、交通、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑設(shè)計等部門只有形成全方位的合作，才能共同促進我國環(huán)境氣象學(xué)的發(fā)展。

第二，環(huán)境氣象學(xué)還處于起步階段。要加強國際、國內(nèi)各方面高層次的學(xué)術(shù)交流，加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究，特別是交叉學(xué)科和知識創(chuàng)新，環(huán)境氣象學(xué)的理論才能創(chuàng)新與發(fā)展，逐步走向成熟。

第三，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，環(huán)境氣象學(xué)的發(fā)展必將更加迅速，可能在不久的將來發(fā)展成為社會上一個非常熱門的學(xué)科。

3 福建省環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀與前景

3.1 環(huán)境氣象業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及制約因素

目前，福建省環(huán)境氣象業(yè)務(wù)產(chǎn)品主要可分為監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警及評估三大類。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、強度的監(jiān)測分析產(chǎn)品。主要技術(shù)手段為基于數(shù)值天氣預(yù)報和環(huán)境氣象數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品，結(jié)合天氣分析、概念模型判斷、釋用技術(shù)和檢驗評估分析等技術(shù)方法，制作并發(fā)布全省空氣污染氣象條件、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)報預(yù)警產(chǎn)品，打造集監(jiān)測、分析、評估、預(yù)報和預(yù)警為一體的環(huán)境氣象綜合產(chǎn)品。

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)，對大氣污染實況、污染天氣、氣象條件的特征及變化趨勢進行客觀分析，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，形成評估報告。

近三年，福建省氣象部門環(huán)境氣象學(xué)科主要承擔(dān)的科研項目有：國家自然科學(xué)基金促進海峽兩岸科技合作基金項目“海峽西岸城市群灰霾的生成、消散與防控機制”（編號：U1405235）；國家自然科學(xué)基金“氣溶膠物理化學(xué)對臺灣海峽及周邊地區(qū)霧霾天氣之影響”（編號：41461164007）；華東區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新項目“重污染天氣預(yù)報預(yù)警和數(shù)值模式關(guān)鍵技術(shù)研究”（編號：QYHZ201401）；福建省科技廳2012年重點項目“城市氣象環(huán)境災(zāi)害預(yù)警預(yù)報技術(shù)研究”（編號：2012Y0009）；福建省科技廳自然科學(xué)基金“區(qū)域輸送對福建省重點城市環(huán)境空氣質(zhì)量的影響研究”（編號：2016J05091）；福建省氣象局開放式基金項目“福建省空氣污染氣象條件客觀預(yù)報方法研究”（編號：2014K04）等。開展臺海兩岸氣溶膠同步觀測（平潭和金門），以及霧、霾天氣分布規(guī)律與生消成因研究。業(yè)務(wù)服務(wù)涉及省級環(huán)境氣象各項業(yè)務(wù)服務(wù)，含城市空氣質(zhì)量預(yù)報、空氣污染氣象條件預(yù)報、霾天氣預(yù)報、酸雨監(jiān)測月報等；特別是負責(zé)重污染天氣和嚴重霧－霾天氣過程的趨勢研判、成因分析及預(yù)警產(chǎn)品的制作發(fā)布等技術(shù)指導(dǎo)、把關(guān)。

與需求相比，福建省環(huán)境氣象業(yè)務(wù)能力仍然存在不足，主要是：

（1）環(huán)境氣象部分業(yè)務(wù)標準不統(tǒng)一，預(yù)報服務(wù)還需進一步規(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。

（3）在監(jiān)測分析技術(shù)上，還未能實現(xiàn)多源資料的融合分析，未能實現(xiàn)各種觀測資料優(yōu)勢互補。

（4）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，對相關(guān)物理化學(xué)過程以及機制機理認識有待深入，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)報員對不同模式的認識和理解不足，檢驗訂正能力不高；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。

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

（6）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。

（7）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。

3.2 環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展規(guī)劃

福建省環(huán)境氣象學(xué)科發(fā)展以提高環(huán)境氣象科研和業(yè)務(wù)能力為目標，以基礎(chǔ)資料管理、業(yè)務(wù)規(guī)范和標準建設(shè)、科技支撐能力建設(shè)為重點，以環(huán)境氣象服務(wù)評估為突破口，建立滿足服務(wù)需求、穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐系統(tǒng)，建立長、中、短期相結(jié)合的環(huán)境氣象預(yù)報業(yè)務(wù)體系，發(fā)展大氣污染減排效果評估、重污染天氣影響評估等環(huán)境氣象服務(wù)評估業(yè)務(wù)，提高精細化環(huán)境氣象模式能力和水平，形成觀測、預(yù)報、服務(wù)相銜接的業(yè)務(wù)規(guī)范，實現(xiàn)環(huán)境氣象由粗放、外延式拓展向規(guī)范、內(nèi)涵式發(fā)展的轉(zhuǎn)變。

3.3 環(huán)境氣象業(yè)務(wù)發(fā)展重點工作

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行機制，形成功能較為完備、布局較為合理、技術(shù)較為先進的環(huán)境氣象業(yè)務(wù)體系；初步建立集監(jiān)測、預(yù)報、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；進一步提升省級環(huán)境氣象觀測、預(yù)報預(yù)警服務(wù)及對地市級環(huán)境氣象業(yè)務(wù)的指導(dǎo)能力。重點工作是：

3.3.1 環(huán)境氣象監(jiān)測與分析能力建設(shè)

逐步建成覆蓋全省的大氣成分觀測站網(wǎng)，并加強邊界層氣象觀測建設(shè)。開展主要污染氣體和溫室氣體等衛(wèi)星載荷指標優(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，建立高時空分辨率的衛(wèi)星大氣成分觀測資料庫。改進和提高霾的衛(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，重點是加強衛(wèi)星反演技術(shù)及其與地面觀測的校準技術(shù)研究，實現(xiàn)具備覆蓋全省的大氣成分監(jiān)測能力。同時，加強邊界層常規(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)展機制的認識，改進霾及沙塵暴客觀預(yù)報技術(shù)。

3.3.2 發(fā)展大氣化學(xué)模式和霧、霾及重污染中長期預(yù)報技術(shù)

改進氣溶膠及氣態(tài)化學(xué)機理，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)進行排放源的反演研究，對排放源清單進行改進；發(fā)展資料同化技術(shù)，同化應(yīng)用環(huán)境觀測資料并改進模式初值；實現(xiàn)環(huán)境氣象模式系統(tǒng)的三個子模式（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、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。

發(fā)展中長期預(yù)報是提高決策服務(wù)能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以動力統(tǒng)計為基礎(chǔ)，依據(jù)靜穩(wěn)天氣綜合判定指標，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、擴散過程效應(yīng)的霧、霾潛勢預(yù)報產(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段的預(yù)報水平；結(jié)合霧、霾潛勢、能見度客觀預(yù)報產(chǎn)品、氣象要素預(yù)報訂正產(chǎn)品，逐步開展霧和霾中長期分類分級預(yù)報。

3.3.3 邊界層結(jié)構(gòu)和大氣污染研究

大氣邊界層內(nèi)運動的主要特點就是其湍流性，大氣邊界層的雷諾數(shù)是相當(dāng)大的，流體幾乎總是處于湍流狀態(tài)，而且湍流度很大，可達20%左右。水平均勻地面上的大氣邊界層結(jié)構(gòu)可以簡單地區(qū)分為上下兩層，其中近地面50～100m范圍內(nèi)的一層稱為“近地層”或“常通量層”(該層底部實質(zhì)上也含有一個厚度非常小的粘性次層)，其中湍流動量通量可以認為是常值，平均水平風(fēng)速服從對數(shù)律，這一特性是風(fēng)洞中用平板邊界層模擬大氣近地層的基礎(chǔ)。

大氣邊界層的另一個重要特征就是由于熱力作用而導(dǎo)致的強烈的日變化。具體而言，白天和夜間的大氣邊界層結(jié)構(gòu)有顯著的不同。白天由于地表接收太陽輻射后被加熱，邊界層內(nèi)的湍流運動使得這些熱量向上傳遞，空氣處于不穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，這時的邊界層稱為對流邊界層，其厚度可達幾百米甚至幾千米；而夜間則相反，地面因長波輻射冷卻后，熱通量是向下的，空氣處于穩(wěn)定層結(jié)狀態(tài)，這時的邊界層稱為穩(wěn)定邊界層或夜間邊界層，厚度較低，只有二三百米左右。通過對比對流邊界層和夜間邊界層內(nèi)的實測風(fēng)速、溫度分布發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)是很不一樣的。

夜間穩(wěn)定邊界層比起白天的對流邊界層來有顯著的不同，特別是，夜間經(jīng)常在很低的高度上出現(xiàn)較強的逆溫，嚴重阻礙了物質(zhì)和能量的擴散。因此研究夜間逆溫層的演變規(guī)律，尤其是確定逆溫層頂?shù)母叨热绾坞S時間演變，是大氣邊界層物理研究的一個重要課題。

過去人們對夜間逆溫層已進行了大量的實驗觀測，基本特征是：在晴朗的夜間和均勻平坦的地面上，邊界層逆溫從日落后開始發(fā)展，隨著時間的推移，逆溫層厚度從零開始不斷增長，但這種增長在后半夜逐漸開始減弱，直到第二天日出后停止，達到最大值。

3.3.4 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，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。主要是利用大氣成分及相關(guān)氣象觀測數(shù)據(jù)，對大氣污染實況、污染天氣、氣象條件的特征及變化趨勢進行客觀分析，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行評估。大氣污染氣象條件的評估重點是科學(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行模擬預(yù)報，比如模擬預(yù)報大氣污染防治措施實施期間及歷史同時段大氣污染狀況，通過模擬預(yù)報的結(jié)果綜合分析不同氣象條件下大氣污染防治措施對污染物濃度的貢獻。

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，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行詳細分析，將分析結(jié)果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)還未實時開展。

未來要加強開展環(huán)境氣象要素定量評估，構(gòu)建環(huán)境氣象因子對健康影響定量評估模型；加快空氣質(zhì)量與霾預(yù)報模式研發(fā)，熱備份核（污染）泄漏、有毒（害）氣體擴散應(yīng)急預(yù)報模式等。

3.3.5 開展城市環(huán)境氣象服務(wù)

緊緊圍繞“清新福建”開展的城市環(huán)境氣象服務(wù)，特別是霾（氣溶膠）和空氣質(zhì)量監(jiān)測預(yù)報預(yù)警服務(wù)，分析污染形成的氣象條件以及大氣污染物組成特點、來源和輸送路徑，評估霾和光化學(xué)煙霧對人體健康的危害，研究預(yù)防霾和光化學(xué)煙霧的有效手段，為政府區(qū)域聯(lián)動提供決策依據(jù)。開展突發(fā)核輻射、有毒有害氣體泄漏的大氣擴散氣象應(yīng)急和人類健康氣象等環(huán)境氣象業(yè)務(wù)，更好地發(fā)揮氣象部門為生態(tài)文明建設(shè)和應(yīng)對氣候變化提供保障支撐的作用。

圍繞“清新福建”開展城市環(huán)境氣象服務(wù)的重點內(nèi)容包括：

（1）大氣環(huán)境和大氣成分監(jiān)測預(yù)報預(yù)警，包括與大氣環(huán)境和大氣成分關(guān)系密切的氣溶膠質(zhì)量濃度、氣溶膠特性和化學(xué)成分、反應(yīng)性氣體、酸雨、溫室氣體觀測以及霾、沙塵、空氣污染氣象條件、空氣質(zhì)量、光化學(xué)煙霧等預(yù)報預(yù)警。

（2）健康環(huán)境氣象預(yù)報服務(wù)，包括與人體健康和醫(yī)療關(guān)系密切的紫外線強度、花粉濃度、空氣負氧離子、人體舒適度、疾病的發(fā)生和流行等的監(jiān)測和氣象指數(shù)預(yù)報服務(wù)。

（3）突發(fā)環(huán)境氣象應(yīng)急預(yù)警，包括核泄漏及有毒有害氣體擴散等應(yīng)急預(yù)警。

（4）重大社會活動環(huán)境氣象業(yè)務(wù)保障服務(wù)工作。

3.3.6 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)報產(chǎn)品有極高的關(guān)注度，但是目前環(huán)境預(yù)報產(chǎn)品的針對性仍然不強，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。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)報服務(wù)的針對性?；诨緮?shù)據(jù)庫、評價指標體系及等級指標、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)，可實現(xiàn)環(huán)境氣象對健康效應(yīng)發(fā)生的范圍、強度、持續(xù)時間、綜合影響等做出客觀定量評價，提供及時、客觀的健康影響評價產(chǎn)品及環(huán)境氣象健康風(fēng)險預(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、客觀的健康影響評價服務(wù)產(chǎn)品。

3.4 氣象環(huán)保合作，聯(lián)手打造清新福建

近年來，福建氣象與環(huán)保部門在城市空氣質(zhì)量預(yù)報、酸雨監(jiān)測與分析，大氣重污染預(yù)警、近地層臭氧及細粒子時空分布及與天氣條件的關(guān)系與輸送規(guī)律等方面做了大量的研究工作，取得了許多科研成果，培養(yǎng)了一批環(huán)境氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)和科研人才，并積極將取得的科研成果轉(zhuǎn)化到業(yè)務(wù)應(yīng)用中，為共同承擔(dān)城市空氣質(zhì)量預(yù)報和大氣重污染預(yù)警的業(yè)務(wù)服務(wù)工作提供了強有力的技術(shù)支撐。

為貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》、《福建省人民政府關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計劃實施細則的通知》、《中國氣象局環(huán)境氣象業(yè)務(wù)發(fā)展指導(dǎo)意見》以及《福建省環(huán)保廳關(guān)于印發(fā)福建省大氣重污染應(yīng)急預(yù)案》等文件精神，福建省氣象局與福建省環(huán)境保護廳密切聯(lián)系、通力合作，堅持以人為本，以保障公眾身體健康作為城市空氣質(zhì)量預(yù)報和大氣重污染應(yīng)對工作的出發(fā)點和落腳點，充分發(fā)揮各自部門的專業(yè)優(yōu)勢，雙方商定聯(lián)合成立環(huán)保、氣象業(yè)務(wù)發(fā)展工作協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，建立定期會商和交流機制；實現(xiàn)氣象與環(huán)境觀測資料、空氣污染氣象條件、天氣形勢分析等信息與資料的共享；聯(lián)合開展重污染天氣趨勢分析研判，共同商定及發(fā)布重污染天氣預(yù)警信息通稿，開展環(huán)境氣象監(jiān)測分析決策服務(wù)，開展重大科研項目攻關(guān)合作等工作為進一步提升清新福建空氣質(zhì)量精細化預(yù)報和大氣重污染預(yù)警服務(wù)水平奠定基礎(chǔ)。

自2012年以來，福建省總體空氣質(zhì)量有所改善，特別是2016年。以福州為例，2016年福州市空氣質(zhì)量優(yōu)良率為98.6%，較上一年度升高2.2%，全年出現(xiàn)輕度污染的天數(shù)僅5d，較上一年度少8d，首要污染物為PM2.5；在全國74個重點城市中空氣質(zhì)量綜合排名第5，省會城市排名第2。2016年福州市PM10年平均濃度為53.5μg/m3，同比下降7.7%；PM2.5年平均濃度為27.0μg/m3，同比下降7.0%；大氣中的SO2含量總體下降1.4%，NO2含量下降7.6%，CO含量下降1.4%，O3含量上升8.1%。2016年福州市空氣污染氣象條件明顯好于2015年，特別是6～10月，受副熱帶高壓及其邊緣，臺風(fēng)（熱帶輻合帶）及其外圍等天氣系統(tǒng)影響，空氣污染氣象條件基本維持在一級，大氣擴散條件極好，AQI等級優(yōu)占95.4%，顆粒物濃度只有年平均值的70%～80%。2016年全市有利于擴散的天氣形勢占比72.4%，較上一年度增加32d，區(qū)域污染輸送減少5d，非常不利于擴散的天氣形勢明顯減少；全年平均風(fēng)速2.3m/s，較上一年度增加4.5%；小風(fēng)日數(shù)33d，減少8.3%；大風(fēng)日數(shù)37d，增加5.7%；年總降水量2263.6mm，增加27.3%。綜上所述，2016年福州市空氣污染氣象條件較2015年明顯改善。

為進一步推進福建省大氣污染防治工作，持續(xù)提升福建省環(huán)境空氣質(zhì)量，確保省委、省政府要求讓全省百姓吸上新鮮空氣、享受藍天白云的環(huán)境權(quán)益，“人間福地好福氣，清新福建任呼吸”是福建形象的宣傳口號，將福建建設(shè)成“生態(tài)美、百姓富”是政府對老百姓的承諾。福建氣象與環(huán)保部門應(yīng)繼續(xù)加強合作，聯(lián)合開展清新福建空氣質(zhì)量精細化預(yù)報與重污染天氣預(yù)警服務(wù)，這既是參與福建生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措，也是現(xiàn)代化城市經(jīng)濟、社會發(fā)展的更高需求。依托現(xiàn)有環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，采用在線觀測和離線分析等技術(shù)手段，研究海峽兩岸特殊氣象和地形條件下大氣復(fù)合污染的化學(xué)組成、物理特性、形成和演化過程；設(shè)計區(qū)域空氣質(zhì)量改善的情景方案，確定最優(yōu)污染物削減方案，為政府區(qū)域聯(lián)動、建立有效防治大氣污染長效機制提供決策依據(jù)。

①空氣污染是指由于人為或者自然的因素，使大氣組成的成分、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)發(fā)生變化，與原本情況相比，增加了有毒、有害物質(zhì)，使環(huán)境空氣質(zhì)量惡化，擾亂并破壞了人類正常的生活環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。空氣污染氣象學(xué)主要研究大氣環(huán)境中由自然因子及人為因子支配構(gòu)成的大氣污染系統(tǒng)的基本特征和變化規(guī)律，運用氣象學(xué)方法分析空氣污染物自排放源進入大氣層后的散布規(guī)律，其核心是大氣輸送與擴散。

②城市氣象學(xué)是氣象學(xué)與城市科學(xué)的交叉學(xué)科，它是研究由于城市化和人類活動對大氣過程和天氣氣候影響的學(xué)科，包含城市天氣、城市氣候和城市大氣環(huán)境。由于城市邊界層多尺度復(fù)雜性和非均勻性的特征，對城市尺度、局地尺度、微尺度、建筑物室內(nèi)外尺度與自然下墊面等不同冠層結(jié)構(gòu)模擬污染物擴散，對指導(dǎo)城市建設(shè)布局有重要作用。

③大氣環(huán)境化學(xué)是大氣科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的重要分支學(xué)科，是研究對環(huán)境有重要影響的大氣組分在大氣環(huán)境中的化學(xué)行為的科學(xué)，研究手段主要包括現(xiàn)場實驗研究、實驗室研究、模式研究。大氣環(huán)境化學(xué)的研究內(nèi)容和范圍是隨著世界范圍內(nèi)大氣污染新問題的出現(xiàn)和控制的需求，以及科學(xué)研究技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展的。由于全球和區(qū)域性大氣污染問題的出現(xiàn)以及一些全球性國際公約的制定和執(zhí)行，大氣中存在和發(fā)生的化學(xué)變化（包括現(xiàn)象、特征、來源、過程和歸宿等）日益受到關(guān)注，使得大氣環(huán)境化學(xué)得到了前所未有的快速發(fā)展。

④大氣邊界層是指大氣層最底下的一個薄層，大約1～2km厚度，是大氣與下墊面直接發(fā)生相互作用的層次，是地表與大氣之間物質(zhì)和能量交換的通道，是空氣污染和許多氣象災(zāi)害的發(fā)生地方。大氣邊界層與一般流體邊界層不同，要考慮大氣層結(jié)、地球重力場和地球自轉(zhuǎn)的影響。在這一層中，湍流交換在大氣的動量、熱量、水汽及其他微量氣體的平衡中起重要作用。大氣邊界層中的空氣污染物擴散過程由湍流運動和氣流平均速度差決定。

王宏，鄭秋萍，陳彬彬，謝祖欣。