環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)模式及不確定性因素與對策研究

摘要：空氣不僅是大氣層的重要組成部分，而且是人們生存與發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)境因素，然而近年來隨著工業(yè)化進程的日益加快，環(huán)境空氣質(zhì)量污染日趨嚴重。其中，在大氣環(huán)境污染程度日漸加深的過程中，霧霾等污染天氣頻繁發(fā)生且持續(xù)時間逐漸延長，發(fā)生的范圍也逐漸廣泛，這引發(fā)了全世界的關(guān)注和重視。為有效控制環(huán)境控制質(zhì)量的惡化，環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的建立和健全非常迫切?；诖耍狙芯吭诟攀鋈珖h(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)情況的基礎(chǔ)上，重點對其統(tǒng)計模式、數(shù)值模式以及集合模式的發(fā)展情況展開了分析，并對系統(tǒng)的不確定性因素和改進對策進行了研究。

關(guān)鍵詞：環(huán)境空氣質(zhì)量;預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)模式;不確定性因素;改善對策

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）10-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.10.129

Abstract：Air is not only an important part of the atmosphere，but also a key environmental factor for people s survival and development.However，in recent years， with the acceleration of industrialization，environmental air quality has become increasingly serious.Among them，in the process of increasing pollution of the atmospheric environment， polluting weather such as smog frequently occurs and the duration is gradually extended， and the scope of the occurrence is gradually wider，which has caused worldwide attention and attention.In order to effectively control the deterioration of environmental control quality，the establishment and improvement of the ambient air quality forecast and early warning system is very urgent. Based on this，on the basis of summarizing the construction of the national environmental air quality forecasting and early warning system，this study focuses on the analysis of the development of its statistical model， numerical model and aggregate model，and the uncertainty factors and improvement measures of the system Research.

Key words：Ambient air quality;Model of forecasting and early warning system;Uncertain factors;Improvement measures

近年來，隨著人們對環(huán)境空氣質(zhì)量重視程度的不斷加深，對其進行預(yù)測的領(lǐng)域也獲得了快速的發(fā)展。自國務(wù)院頒布《大氣污染防治行動計劃》以來，天氣監(jiān)測預(yù)警機制陸續(xù)在各地建立[1]。在這一背景下，本研究對我國環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)展開了介紹，并在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了系統(tǒng)的不確定性因素和改善對策。

1 環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)

1.1 統(tǒng)計模式

在環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)中，統(tǒng)計模式是其中的一種，其基礎(chǔ)是空氣質(zhì)量以及氣象參數(shù)等歷史觀測數(shù)據(jù)，通過歷史數(shù)據(jù)的運用，建立統(tǒng)計關(guān)系、模型等，以對空氣質(zhì)量進行預(yù)測[2]。從優(yōu)勢的角度來說，這一模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在較少的運算量、實用性較強、操作簡便以及經(jīng)濟且高效等。然而，這一模式也具有一定的不足，如：時間精度、時間長度以及空間尺度方面存在局限。從適用范圍這一角度來說，其主要適用于日均值預(yù)報。從預(yù)報效果的角度來說，其短期效果較好。

1.2 數(shù)值模式

數(shù)值模式也是環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報系統(tǒng)模式中的一個，其理論基礎(chǔ)是大氣動力學(xué)，主要以氣象場以及排放源等作為基礎(chǔ)，在偏微積分方程組下，對大氣污染物的物理化過程進行描述，并運用計算機高速運算進行求解，以對污染物的濃度動態(tài)分布情況、區(qū)域分布情況以及污染源追蹤等進行分析[3]。目前，數(shù)值模式主要有中科院自主研發(fā)的NAQPMS模式、美國CMAQ模式等[4]。

1.3 集合模式

集合模式主要是指通過輸入關(guān)鍵參數(shù)，如：排放源、氣象場以及空氣質(zhì)量模式等，構(gòu)造預(yù)報樣本，預(yù)報樣本是一組有限的數(shù)量，然后利用統(tǒng)計方法將樣本結(jié)果集合、評估，以提供出預(yù)報結(jié)果[5]。這一模式的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個方面：第一，能夠體現(xiàn)出模式初始條件與輸入?yún)?shù)的不確定性在模式積分中的傳播，進而提供更為準確且可靠的預(yù)報信息;第二，能夠提供不同事件發(fā)生的概率，進而促使預(yù)報的信息更為全面;第三，能夠集合不同成員的特點，進而提高確定性預(yù)報的準確率。

2 預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)不確定性的因素與改善對策

一直以來，科學(xué)研究以及預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用的方向都是提高預(yù)報的準確性與可靠性，通過分析某市環(huán)境控制質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)，并依托集合模式，主要對系統(tǒng)模式的不確定性因素展開了探討。

2.1 污染源排放清單方面

污染源排放清單的數(shù)據(jù)來源是年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。然而在，年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)普遍存在滯后的情況。通常情況下，年度數(shù)據(jù)是一年更新一次。由此可見，污染源排放清單，其時效性不強。另外，從污染物排放種類這一角度來說，某市環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)相對較少，主要涉及生活污染源、固定污染，而對于揚塵源油煙源等數(shù)據(jù)尚未獲取，同時僅通過年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其也是難以實現(xiàn)精細化管理的。例如，揚塵源、機動車尾氣源等其具有較為明顯的季節(jié)性，而油煙源則具有時段性等，另外，固定源、油煙源的分布也是不同的。因此，環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)在依托環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，將污染源排放清單進行精細化管理，或者購買成熟的排放清單以實現(xiàn)系統(tǒng)的更新升級。與此同時，還應(yīng)為預(yù)報人員提供便捷的排放清單更新接口。

2.2 氣象場及預(yù)報模式方面

氣象場、濕度、風(fēng)速等均會對污染物擴散產(chǎn)生極大的影響。從氣象驅(qū)動場這一角度來說，某市預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)主要采用的是美國國家環(huán)境預(yù)報中心提供的數(shù)據(jù)，模式以美國WRF中尺度氣象預(yù)報模式為主。該中心提供的氣象場數(shù)據(jù)存在更新不及時、精度欠缺以及地形數(shù)據(jù)陳舊等問題。與此同時，還尚未與地面氣象觀測站同步。正是由于上述不確定性，從而影響了環(huán)境空氣質(zhì)量的不確定性。為此，可在歐洲中期天氣預(yù)報中心將最新且精度最高的數(shù)據(jù)下載并應(yīng)用。

2.3 數(shù)值預(yù)報模式方面

在數(shù)值模式中，其模擬運算會直接影響空氣質(zhì)量預(yù)報?，F(xiàn)階段，某市空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)主要有CMAQ、NAQPMS兩種模式，但其版本比較陳舊，并且兩個版本是各自獨立運行的，尚未實現(xiàn)集合預(yù)報。另外，從實時監(jiān)測的角度來說，也尚未實現(xiàn)同步化。近年來，很多城市存在O3超標問題，O3已成為困擾城市空氣質(zhì)量持續(xù)改善的重要污染物[6]，為更科學(xué)的模擬O3污染趨勢，亟需在模型中置入更為成熟的O3模型程序。總之，多模式集合預(yù)報、監(jiān)測數(shù)據(jù)同步化的實現(xiàn)以及新機制置入模型等在提升預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)準確性中有重要的作用。

2.4 預(yù)報人員隊伍建設(shè)方面

預(yù)報人員隊伍的水平也是影響預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)不確定性的重要因素。從預(yù)報預(yù)警的操作步驟來說，其主要是在模式給出預(yù)報結(jié)果后，由預(yù)報人員以氣象條件、監(jiān)測站等作為基礎(chǔ)，展開天氣情況會商，然后人為進行科學(xué)訂正，進而預(yù)報出結(jié)果。由此可見，在這一過程中，預(yù)報人員隊伍的水平起到重要的作用。然而，目前我國各地預(yù)報預(yù)警人員在氣象科學(xué)理論知識方面還比較欠缺，對模式預(yù)報的結(jié)果有較大的依賴性。因此，為壯大預(yù)報人員的隊伍，并提高其素質(zhì)，可通過培訓(xùn)方式，或者通過人才引進的方式等，從人員素質(zhì)角度降低由于人工判定而帶來的不確定性。在人才培訓(xùn)方面，可通過培訓(xùn)需求方案與培訓(xùn)制度方面入手，促使培訓(xùn)能夠起到更好的效果。

3 結(jié)論

綜上所述，通過本文的研究主要獲得以下結(jié)論：第一，環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)有統(tǒng)計、數(shù)值以及集合模式三種模式。第一，集合模式不僅可以從確定性預(yù)報轉(zhuǎn)變?yōu)楦怕暑A(yù)報，而且可以增強數(shù)值預(yù)報的能力。第二，對于環(huán)境空氣質(zhì)量來說，影響系統(tǒng)不確定性的因素主要包括污染源排放清單、氣象場、預(yù)報模式以及預(yù)報預(yù)警人員的不確定性等。第三，為降低諸多不確定性因素的影響，應(yīng)注重增強污染源排放清單數(shù)據(jù)的準確性，應(yīng)定期更新氣象場數(shù)據(jù)，還應(yīng)集合更多的預(yù)報模式，更應(yīng)提高預(yù)報工作人員在氣象學(xué)理論方面的知識水平。

參考文獻

[1]蔣爭明，徐迅宇，陳吟暉，等.空氣質(zhì)量多模式預(yù)報系統(tǒng)在中山市的應(yīng)用[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2018，34（04）：34-43.

[2]江峰琴，楊雪，王晨波，等.江蘇省區(qū)域空氣質(zhì)量多模式預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2015，7（02）：4-7.

[3]解淑艷，劉冰，李健軍.全國環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建立探析[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5（04）：1-3，21.

[4]顧偉偉，李月華，程麗雅.空氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的路徑探討——以大連市為例[J].環(huán)境保護，2016，44（08）：66-68.

[5]王健，向峰，邱飛，等.淺談云南省省級空氣質(zhì)量預(yù)報預(yù)警體系構(gòu)架與實踐[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2017，36（06）：101-104.

[6]程麟鈞，王帥，宮正宇，等.2008-2016年臭氧監(jiān)測試點城市的臭氧污染特征[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2017，33（04）：26-32.

收稿日期：2020-08-08

作者簡介：楊棟（1985-），男，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向為環(huán)境空氣。