淺談云南省省級空氣質(zhì)量預報預警體系構(gòu)架與實踐

， ， ， ，崇禮(云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034)

淺談云南省省級空氣質(zhì)量預報預警體系構(gòu)架與實踐

王健，向峰，邱飛，胡勇，王崇禮
(云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034)

空氣質(zhì)量預報系統(tǒng)作為一種重要的工具,用于為公眾提供未來空氣質(zhì)量信息，指導公眾健康出行,為評估空氣質(zhì)量狀況、污染控制、環(huán)境管理以及決策制定提供技術(shù)支持。本文對云南省省級環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警平臺的建設實踐進行了回顧，從平臺架構(gòu)、業(yè)務流程、發(fā)布機制以及人才隊伍建設等方面對云南省省級預報預警平臺進行了介紹，分析了環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警系統(tǒng)建設所面臨的問題，對未來發(fā)展方向提出了建議。

空氣質(zhì)量；預報預警系統(tǒng)；體系構(gòu)架；建議；云南省

近年來，大氣污染問題受到越來越多的關(guān)注[1-3]。長時間、大范圍、高濃度污染頻發(fā)，結(jié)構(gòu)性、復合型、壓縮性污染態(tài)勢逐漸顯現(xiàn)[4-5]。對空氣質(zhì)量的預報有利于指導人們對未來可能出現(xiàn)的污染情況采取提前的預防措施，保護人們的身體健康，也能為環(huán)境管理提供必要的技術(shù)支撐。

2013年9月，國務院出臺《國發(fā)〔2013〕37號關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動計劃的通知》，明確了重污染天氣預警體系建設要求，到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)測預警系統(tǒng)建設；其他省(區(qū)、市)、副省級市、省會城市于2015年底前完成。為此，云南省環(huán)境監(jiān)測中心站于2014年底啟動了云南省省級空氣質(zhì)量預報預警體系的建設工作，通過省級層面的建設，分析、預測和及時推送云南省行政轄區(qū)內(nèi)區(qū)域和城市環(huán)境空氣質(zhì)量產(chǎn)品，推動城市空氣質(zhì)量預測預報工作的開展，為保護公眾健康、決策制定提供技術(shù)支撐。

1 云南省省級空氣質(zhì)量預報預警工作概況

云南省2016年環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良率為98.3%[6]，環(huán)境空氣質(zhì)量相對較好，考慮到預報預警數(shù)值系統(tǒng)建設投入較大、人員素質(zhì)要求較高的實際情況，而云南省環(huán)境監(jiān)測能力建設受區(qū)域社會、經(jīng)濟發(fā)展的制約，除省會城市昆明市外，并不適宜在每個城市都獨立建一個預報預警平臺。云南省環(huán)境監(jiān)測中心站參考《環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警方法技術(shù)指南》相關(guān)內(nèi)容[7]，設計、開發(fā)和建設了省級環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警體系，通過近3a的建設實踐，初步完成了涵蓋預報預警系統(tǒng)平臺、預報人員隊伍建設、空氣質(zhì)量監(jiān)測預報預警信息發(fā)布制度的云南省省級空氣質(zhì)量預報預警體系構(gòu)架?；咀龅搅丝梢詫崟r追蹤分析全省空氣質(zhì)量變化情況，記錄分析污染天氣過程，對污染條件下空氣質(zhì)量變化趨勢進行預測分析，按照相關(guān)要求，向管理部門發(fā)出預警建議；對污染條件下污染成因進行溯源分析，追蹤污染物輸送情況，為防范空氣污染提供決策支持。

2 預報預警平臺架構(gòu)

2.1 云南省省級空氣質(zhì)量預報預警平臺架構(gòu)

云南省城市空氣質(zhì)量預報預警平臺由數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)、污染源排放清單系統(tǒng)、計算資源與環(huán)境硬件系統(tǒng)、空氣質(zhì)量分析預警系統(tǒng)、空氣質(zhì)量統(tǒng)計系統(tǒng)、多模式數(shù)值預報系統(tǒng)、空氣污染來源追因系統(tǒng)、視頻會商系統(tǒng)、公共信息發(fā)布系統(tǒng)、污染天氣應急管理系統(tǒng)和空氣質(zhì)量目標管理動態(tài)評估系統(tǒng)等組成。因其他子系統(tǒng)技術(shù)上較為成熟，本文只介紹其中最關(guān)鍵、最具技術(shù)含量的多模式數(shù)值預報系統(tǒng)和污染源排放清單系統(tǒng)。

根據(jù)云南省低緯高原地區(qū)的特點，結(jié)合當今預報預警模式發(fā)展的趨勢，先期建成包含統(tǒng)計預報模式和數(shù)值預報模式獨立預報的基礎(chǔ)技術(shù)方法體系，后期通過開展集合預報技術(shù)方法研究和開發(fā)，最終形成具有云南特點的預報預警技術(shù)方法體系。

目前，多數(shù)值模式系統(tǒng)包括國內(nèi)主流運用的NAQPMS、CMAQ、CAMx和WRF-Chem等模式，各模式獨立運行，統(tǒng)一區(qū)域設置、網(wǎng)格劃分和分辨率，使用云南省高精度的污染源排放清單進行模擬計算。初始氣象資料采用網(wǎng)絡免費資源NCEP(1°×1°) 6 h / 次的分析資料，為更好地服務于環(huán)境管理需求，數(shù)值模式系統(tǒng)采用四層嵌套方案，第1層區(qū)域為西南地區(qū)，水平分辨率為27km，第2層嵌套為云南省行政轄區(qū)，水平分辨率為9km，第3層嵌套為重點城市群，水平分辨率為3km，第4層嵌套為縣級城市區(qū)域，水平分辨率為1km，模式計算垂直范圍從地面到20km高度，垂直分層為20層，在網(wǎng)格劃分的時候追隨地形。通過氣象站點實測數(shù)據(jù)對氣象場進行同化。可實現(xiàn)未來24、48、72h可用的云南省各市(州)、縣(區(qū))空氣質(zhì)量預報，以及未來7d可供參考的污染趨勢預測，預報輸出結(jié)果的時間分辨率不低于1h。在計算能力保障的情況下，完成每次預報的模式計算時間不超過8h。

污染源排放清單系統(tǒng)與多模式數(shù)值預報系統(tǒng)緊密結(jié)合，也采用四層嵌套，第1層采用清華大學2010年的MEIC排放源清單，第2～4層區(qū)域采用云南省環(huán)境監(jiān)測中心站以2015年為基準年建立的高精度排放清單數(shù)據(jù)。主要涵蓋了化石燃料固定燃燒源、工藝過程源、移動源、溶劑使用源、農(nóng)業(yè)源、揚塵源、生物質(zhì)燃燒源、存儲運輸源、廢棄物處理源等人為排放源、天然源和其他源類等大類。污染物類別包含SO2、NOX、CO、PM10、PM2.5、VOCs、HC、BC、OC、和NH3等大類。根據(jù)預警預報業(yè)務系統(tǒng)的多重嵌套區(qū)域提供對應空間分辨率的排放清單數(shù)據(jù)，將經(jīng)過時空分解以及化學分解之后的排放清單，通過污染源排放模式，轉(zhuǎn)換成網(wǎng)格化形式的、能夠作為空氣質(zhì)量模式輸入數(shù)據(jù)的格式，根據(jù)城市空氣質(zhì)量預報預警系統(tǒng)的需要適時對排放清單進行更新維護，形成云南省大氣污染物排放源清單動態(tài)更新機制，從而實現(xiàn)空氣質(zhì)量預報、污染溯源追蹤、措施情景模擬等擴展功能。

2.2 預報預警工作流程

日常工作以云南省環(huán)境監(jiān)測中心站已建設完成的省級預報預警平臺為基礎(chǔ)，每天向各市(州)、縣(區(qū))推送預報預警產(chǎn)品，由各地技術(shù)人員進行人工客觀訂正后返回信息，最終形成預報預警發(fā)布產(chǎn)品推向社會。工作流程詳見圖2。

2.2.1 看實況

空氣質(zhì)量現(xiàn)狀：首先通過云南省已建成的國控和省控空氣質(zhì)量自動監(jiān)測網(wǎng)絡，查看過去一段時間內(nèi)污染物濃度日均值數(shù)據(jù)，了解污染水平歷史變化趨勢，掌握各城市空氣質(zhì)量狀況的時空分布特征，做為判斷城市空氣質(zhì)量未來發(fā)展變化的基礎(chǔ)。

氣象條件：通過云南省省級空氣質(zhì)量預報預警網(wǎng)絡平臺及其他網(wǎng)上資源和渠道對天氣形勢的預報結(jié)果，分析區(qū)域大氣形勢和主要氣象參數(shù)，掌握轄區(qū)大氣環(huán)境擴散條件，作為預報人員判斷污染物遷移、擴散、傳輸、沉降過程制的依據(jù)。分析天氣形勢造成的空氣質(zhì)量的變化，找出其中的相關(guān)關(guān)系，為未來城市空氣質(zhì)量預報工作提供參考。

2.2.2 看污染源

了解預報區(qū)域內(nèi)污染源情況是開展環(huán)境空氣質(zhì)量業(yè)務化預報至關(guān)重要的一環(huán)，預報員要盡量全面掌握預報區(qū)域的污染源類型、污染源數(shù)量、污染物濃度水平、污染出現(xiàn)時段、污染源分布區(qū)域等詳細情況，通過對污染源的研判，掌握其在不同天氣條件下的變化，判斷污染物的濃度水平變化情況。

2.2.3 看模式

通過云南省省級空氣質(zhì)量預報預警平臺，查看平臺部署的各種模式預報結(jié)果，包括數(shù)值預報和統(tǒng)計預報等模式預報結(jié)果，通過模式預報結(jié)果，掌握未來一段時間不同預報區(qū)域不同時間尺度的環(huán)境空氣質(zhì)量預報結(jié)果，為預報員提供參考依據(jù)。

2.2.4 聯(lián)合會商

空氣質(zhì)量預報結(jié)果受污染源排放、地理位置、地形和氣象等多種因素的影響，涉及多學科、多領(lǐng)域、多部門，因此，在空氣質(zhì)量預報工作機制中，與氣象部門、高等院校建立常態(tài)化合作機制十分重要。遵循“獨立預報、共同會商、聯(lián)合發(fā)布”的原則，目前云南省環(huán)境監(jiān)測中心站與云南省氣象局、云南大學、昆明理工大學等多個部門或機構(gòu)建立了會商交流機制，具體交流方式見云南省環(huán)境保護廳與云南省氣象局《加強環(huán)境保護和氣象業(yè)務合作框架協(xié)議》和《云南省環(huán)境空氣質(zhì)量預報工作方案(試行)》等。

2.2.5 人工客觀訂正

預報人員通過對過去實況空氣質(zhì)量和氣象條件的總結(jié)、分析預報區(qū)域污染源相關(guān)信息、綜合模式預報結(jié)果以及對未來天氣形勢的研判、參考歷史相似污染案例、結(jié)合預報人員的實際經(jīng)驗，從未來污染變化趨勢、最高污染等級、污染持續(xù)時間、污染物大氣化學反應的條件、污染擴散條件等角度對該預報結(jié)果的準確性和合理性作出基本判斷，對模式預報結(jié)果進行客觀訂正，最終形成預報結(jié)果。

2.2.6 審核發(fā)布

按照部門內(nèi)部已制定的預報預警信息發(fā)布機制，由工作人員將制作好的環(huán)境空氣質(zhì)量預報或預警信息審核之后，通過不同發(fā)布平臺或渠道，將預報或預警信息及時發(fā)布。

云南省空氣質(zhì)量監(jiān)測預報預警信息發(fā)布機制分為兩個層面，一是省級信息發(fā)布層面，云南省環(huán)境監(jiān)測中心站在已建成的省級預報預警平臺中集成了部分信息發(fā)布功能，省級層面發(fā)布的信息內(nèi)容可以通過平臺操作實現(xiàn)。二是市(州)、縣(區(qū))級層面，市(州)、縣(區(qū))預報業(yè)務工作人員，使用實名制登陸平臺，可以查看平臺中的各種資料、多模式獨立預報結(jié)果，根據(jù)需要參與城市或區(qū)域預報會商，經(jīng)過人工客觀訂正，最終形成市(州)、縣(區(qū))轄區(qū)需要的預報預警發(fā)布信息，然后根據(jù)各地的信息發(fā)布規(guī)定進行發(fā)布。

目前，云南省環(huán)境保護廳和云南省氣象局聯(lián)合印發(fā)了《云南省環(huán)境空氣質(zhì)量預報工作方案(試行)》，在云南衛(wèi)視天氣預報欄目中播出云南省16個州市政府所在地城市的未來48h空氣質(zhì)量預報信息；除此之外，還有預報預警短信發(fā)布平臺，官方網(wǎng)站和官方網(wǎng)站轉(zhuǎn)載，微信公眾號、云南省空氣質(zhì)量發(fā)布手機APP等信息發(fā)布渠道，基本覆蓋了公眾可以獲取的范圍。發(fā)布的信息內(nèi)容包括小時實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，各城市空氣質(zhì)量預報結(jié)果，空氣質(zhì)量日報產(chǎn)品，空氣質(zhì)量預報預警產(chǎn)品，城市空氣質(zhì)量實時報警提醒等。

3 預報人員隊伍建設

人才隊伍是提高城市空氣質(zhì)量預報預警工作的根本，從事空氣質(zhì)量預報預警工作需要具備多學科綜合知識，涵蓋大氣化學、大氣物理、環(huán)境科學、計算機、氣象學等學科，既需要專業(yè)技術(shù)人才，又需要綜合性人才[8]。

根據(jù)云南省環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實際情況，有條件的州市，可以充分調(diào)動已有工作人員，把空氣質(zhì)量日報、統(tǒng)計和預報預警工作結(jié)合起來，沒有條件的地方，可以直接登陸云南省省級預報預警平臺，查收當?shù)氐耐扑彤a(chǎn)品，進行人工訂正，在此基礎(chǔ)上進行信息發(fā)布。另外，在監(jiān)測系統(tǒng)缺少氣象預報專業(yè)人才的時候，可以外聘氣象臺退休專家進行定期培訓；在遇到污染天氣時，還需要啟動外部會商機制，建立專業(yè)的污染天氣預報預警專家團隊。

空氣質(zhì)量預報預警是近年來的一個新興概念，要轉(zhuǎn)化為日常業(yè)務工作，需要預報員不斷學習相關(guān)科研成果，探索各種預報技術(shù)方法的優(yōu)缺點；還需要定期開展交流培訓，可以是本地氣象臺交流學習，也可以到先進地區(qū)跟班交流學習：通過長期的學習積累，使其在實際工作中逐步掌握空氣質(zhì)量預報的技術(shù)方法，以持續(xù)提高與空氣質(zhì)量預報預警相關(guān)的業(yè)務技術(shù)能力。

參考《環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警業(yè)務工作指南》中對預報員崗位設置及職責的要求，需結(jié)合云南省各地監(jiān)測部門的實際情況，逐步組建云南省省級和城市空氣質(zhì)量預報預警人才隊伍。2015年4月起，在云南省環(huán)境監(jiān)測中心站成立了城市空氣質(zhì)量預報預警團隊，知識背景涵蓋環(huán)境科學、氣象學，工作過程中，在中國環(huán)境監(jiān)測總站預報預警中心和先進省市兄弟單位的大力支持下，不定期分批次派出人員到相關(guān)單位學習交流預報預警專業(yè)技術(shù)工作經(jīng)驗，有力地提升了云南省城市空氣質(zhì)量預報預警業(yè)務水平。

4 發(fā)展及建議

環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警工作是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及多學科、多領(lǐng)域、多部門，需要專業(yè)的、全面的業(yè)務人才，需要完善的業(yè)務機制，需要深入的探索預報的機理。目前我國環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警業(yè)務工作正在陸續(xù)開展，還有許多工作要做。

不斷夯實工作基礎(chǔ)。空氣質(zhì)量預報預警數(shù)值模式是開展中長期預報的關(guān)鍵，其中的大氣污染物排放清單編制工作才開始起步，清單編制指南體系不完備，實際工作中資料收集不全，導致數(shù)值預報結(jié)果準確率不高，后期還需要不斷完善和及時進行動態(tài)更新。

加強機構(gòu)人員配置。當前管理部門和公眾對城市空氣質(zhì)量關(guān)注度較高，預報預警城市多、任務重、時間緊、壓力大，對預報員的業(yè)務水平要求高，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)業(yè)務工作越來越多，預報預警機構(gòu)又很難獨立出來，是制約工作開展的關(guān)鍵因素，需要不斷加強專業(yè)技術(shù)人員的培養(yǎng)和人才隊伍的建設，有力保障預報預警工作有效開展。

[1]李亮, 李健軍, 王瑞斌, 等. 2005-2010 年沙塵天氣影響我國城市環(huán)境空氣質(zhì)量分析[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2013, 29(3): 15-19.

[2]李紅, 曾凡剛, 邵龍義, 等. 可吸入顆粒物對人體健康危害的研究進展[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2002, 19(1): 85-89.

[3] CHAN C K, YAO Xiaohong. Air pollution in mega cities in China[J]. Atmospheric Environment,2008(42):1-42.

[4]吳生虎, 史凱, 劉春瓊, 等. 成都市一次重霧霾期間 PM10自組織演化的分形特征及 DFA分析[J]. 安全與環(huán)境學報, 2014(5): 64.

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[6]云南省環(huán)境保護廳.云南省環(huán)境質(zhì)量狀況公報(2016)[EB/OL].

[7]中國環(huán)境監(jiān)測總站.環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警業(yè)務工作指南(第一版)[M].北京:中國環(huán)境出版社, 2014

[8]蔣東升, 黃艷艷, 胡清華, 等. 淺談福建省環(huán)境空氣質(zhì)量預報預警體系的建設[J]. 環(huán)境科學, 2016(11): 119.

DiscussionontheStructureandPracticeofProvincialAirQualityForecastandEarlyWarningSysteminYunnan

WANG Jian, XIANG Feng, QIU Fei, HU Yong, WANG Chong-li
(Yunnan Environmental Monitoring Center, Kunming Yunnan 650032 ,China)

Air quality forecast and warning (AQFW) system is important as an efficient tool to provide the public air quality forecast information, guide the public health travel, and assess air quality and pollution control and environment management and decision making. This paper reviewed the construction practices of the provincial environmental air quality forecasting and warning platform in Yunnan and introduced the provincial forecasting and warning platform based on the aspects of platform architecture, business process, issuing mechanism, and capacity construction. Quality forecasting and warning system construction and the future development direction were proposed.

air quality; forecast and warning system; review; suggest; Yunnan

2017-05-11

X84

A

1673-9655(2017)06-0101-04