空气质量预报预警平台建设与应用成效

空气质量预报预警平台建设与应用成效

杨小春李超群

深圳市龙华区环境保护和水务局广东深圳518000

摘要：为改善环境空气质量，及时有效地为政府及公众提供环境质量状况信息，抓紧建设空气质量预报预警平台成为了环境部门当前迫在眉睫的一项大事。本文以广东省为例，阐述建设初期的空气质量状况，概述了该省环境空气质量预报预警平台建设内容，并对平台数值预报、统计模型效果评价和预报预警平台应用成效进行了分析，可供参考。

关键词：空气质量；预报预警平台；建设；应用成效

引言

当前我国大气环境形势十分严峻，近年来区域性复合型大气污染日益突出，空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，不仅威胁人民群众身体健康，也严重制约社会经济的可持续发展。因此，在此背景下，我国政府高度重视空气质量监测预警工作，各级环保部门正在掀起一波建设空气质量预报预警系统的热潮。空气质量预报预警系统建设是有效应对空气污染的基础，对于重污染天气过程的趋势分析、以及污染源成因分析等具有重要的意义，将为当前环境管理提供科学依据。

1.城市空气质量状况

城市空气质量状况，是一座城市空气质量测评的主要数据。根据广东省城市环境空气质量状况显示，2017年全省各城市空气质量达标天数比例平均为89.4%，其中，优占41.6%，良占47.7%；超标天数比例为10.6%，其中轻度污染占9.0%，中度污染占1.3%，重度污染占0.3%，无严重污染。PM2.5全省平均浓度为33微克/立方米，各市平均浓度范围在27-41微克/立方米之间，除佛山、韶关、东莞、江门、肇庆、清远和云浮外，其余14市平均浓度均达到年均浓度限值二级标准（35微克/立方米，GB3095-2012）。PM10全省平均浓度为51微克/立方米，各市平均浓度范围在42-63微克/立方米之间，各市平均浓度均达到年均浓度限值二级标准（70微克/立方米，GB3095-2012）。2017年全省城市环境空气质量状况详见表1。

表12017年全省城市环境空气质量状况

推进重污染天气预警监测体系建设，提升环境空气质量预报预警能力，是应对全区大气污染严峻形势的迫切需要，是有效防治污染天气的强有力的技术支撑，是提升政府科学决策和公众服务水平的重要途径[1]，对该区域空气质量持续改善有着深远意义。

2.环境空气质量预报预警平台建设概况

2.1预报预警平台设计总体框架

数值预报模式是空气质量预报预警的有效方法，采用中尺度气象模式WRF模拟结果作为统一气象场，集成国内外主流的空气质量数值预报模式（CMAQ）和统计预报模式（神经网络），搭建多模式预报系统。多模式预报系统模拟结果与空气质量预报预警业务应用平台有机结合，从而达到空气质量预报会商、空气质量预报信息发布、空气污染成因分析和大气污染防治措施决策等方面的运用要求[2]。空气质量预报预警系统业务构架如图1所示。

图1空气质量预报预警系统业务架构图

2.2数值预报系统

数值预报系统采用三重嵌套网格设置方案，空间分辨率分别为27km×27km，9km×9km，该地区域3km×3km。采用LambertConformalConic（兰伯特正形投影）投影方式。

数值模型模拟空间范围由地面到大气20km高度层，对污染物的排放、平流输送、扩散、气象液相及非均匀反应、干沉降以及湿沉降等物理过程进行模拟。提供多种数值预报产品供空气质量预报员参考，包括空气质量新标准6项污染物（SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.5）的未来72h空间分布图、廓线图，并提供降水、相对湿度、温度、气压、风场及边界层高度等气象产品，污染物前后向轨迹分析产品。

2.3空气质量自动监测网络

通过各地级市空气质量自动监测站点，监测SO2、NO2、CO、O3、PM10、PM2.56个参数，反映中心城区的环境空气质量。其中区域环境空气自动监测站2个，布设在两个县，反映农村和区域环境空气质量；大气复合观测站1个，集合了气溶胶激光雷达、粒径普仪、黑炭分析仪、O3分析仪、风廓线雷达、大气稳定度等大气监测设备，对大气复合污染进行监测，为诊断大气复合污染成因和形成规律提供基础研究数据。

这些监测数据一是可以反映城市空气质量的变化趋势，监控区域大范围重污染过程，诊断大气污染成因及发展规律，协助开展大气污染防治成效评估；二是作为实时观测数据，对数值预报模式结果进行同化，提供模式的初始场再次输入模式；三是为公众提供环境空气质量信息实时发布服务。

2.4预报预警业务应用平台

预报预警业务应用平台主要是对预报产品进行管理，包括预报结果展示、预报信息制作、预报信息发布、预警自动识别、专题制作和历史产品查询[3]。

预报数据展示是对模式输出结果的可视化表征，展现6项污染物时空变化图以及时间变化曲线，预报与实况对比分析图；展示各等压面上天气图时空变化及各监测站点的气象要素时间变化曲线；基于多维图形显示和GIS技术，建立空间数据分析及图形显示系统，模拟关注时段内气象场、大气污染物浓度分布的演变过程。

预报预警业务平台支持例行会商、重污染天气会商、回顾性会商等多种模式，具备“向导式会商流程”，支持区市两级预报产品查看、气象网络资源查看、会商流程及制度管理、会商数据管理、预报订正及制作、预报预警信息审核及发布。

3.空气质量预报预警平台应用成效

3.1预报模型效果评价

2015年10月投入运行以来，空气质量预报预警平台均能正常运转，每天上午12时前，数值预报模式和统计预报模式基本能模拟出未来三天的空气质量预报结果，满足业务化运行的时效需求。

以WRF－CMAQ数值预报模式和神经网络统计模型对该省14个地市未来三天的预报结果为例进行测试评估。评估方法为将预测值与实测值进行对比分析，评估时段为2016年3月1日—2017年2月28日。按级别准确率、偏高率、偏低率和首要污染物准确率进行评价。详见表2和表3。

表2WRF－CMAQ模型2016年3月—2017年2月预报结果统计（%）

从表中可以看出，数值预报模型和统计模型夏季（6—8月）预报准确率最高，基本达到70%以上，冬季（12—2月）准确率最低，平均准确率50%左右。数值预报结果偏低率普遍较高，说明数值预报系统存在明显的系统偏差；神经网络统计模型冬季预报结果偏低，其他季节预报偏高，说明神经网络统计模型对冬季重污染天气存在高值低报现象。由于没有本地化的大气污染源清单的驱动，总体上数值预报模型预报准确率低于神经网络统计模型，但是，数值预报模型通过相关参数调整和优化，预报准确率还有很大的改善空间。因此，在没有建立大气污染源排放清单前，神经网络统计模型可以满足全区14个地市开展空气质量预报业务运用需求，其预报准确率具有较好的预报参考价值。

3.2空气质量预报预警平台应用成效

空气质量预报预警平台投入运行以来，发挥了积极的作用，取得了一定的成效，主要体现在以下几方面：

（1）发布了空气质量预报信息，为广大公众提供及时的空气质量预报预警信息，为日常生活提供参考；每年举办环保公众开放日，接待了来自社会环保组织、环保志愿者、学生等社会公众的参观，介绍了空气质量预报制作流程和大气污染现状及来源，增强了公众对环境空气质量预报的认知和理解度，为全民参与大气污染防治提供了较好的宣传教育平台。

（2）利用空气质量预报预警平台专题报告模块，开展了空气质量在时间和空间尺度上的演变和发展趋势分析，定期为环境管理部门提供空气质量预测会商报告；2015—2016年该省在大气污染减排方面取得了较好的成效，空气质量逐步改善。可以认为，空气质量预报预警平台在环境管理部门制定大气污染防治目标和措施方面发挥了重要作用。

（3）空气质量预报预警平台为定期开展重污染天气应急预案桌面推演、空气质量预报会商和大气污染成因诊断分析提供了较好的技术支撑；在培养空气质量预报技术人员和建立空气质量预报相关制度方面发挥了积极的作用；同时，空气质量预报预警平台也为区域联合会商和大气污染联防联控机制提供了较好的前期实践基础。

4.结论

综上所述，环境空气质量预报能够为广大公众的日常生活提供咨询建议，能够为管理部门制定区域大气污染防治政策、在重污染天气来临之前及时采取预警应急措施提供关键技术支撑，是环境保护工作的一个重要领域。在建设生态文明中，应尽快做好环境空气质量预报预警平台建设工作。根据试验调研，建议环境管理部门明确城市预报工作要求，在此前提下组织相关部门编制城市预报技术指南和规范，增加对中小城市空气质量预报预警能力建设的资金投入。实践证明，空气质量预报预警平台投入运行以来，在服务公众和环境管理部门以及建立空气质量预报队伍方面发挥了积极的作用，但还存在很多不足之处，例如污染预报准确率、大气污染成因及来源解析等，需要在未来的发展中不断完善，以提升监测质量，切实为环境管理部门提供强有力的技术支撑，从而让人们可以拥有一个画一般的家园，清新的空气，让碧海蓝天和绿水青山展示在人们面前。

参考文献：

[1]彭庆庆，罗岳平，黄钟霆，等.开展环境空气质量预报预警工作的研究[J].环境科学与管理，2015，40（4）：9-12.

[2]郑昱，张奇.韶关市环境空气质量预报预警工作建设的探讨[J].广东化工，2016，43（11）：177-178.

[3]王建国.抓紧推进环境空气质量监测预报预警体系建设[J].科技资讯，2017，15（21）：118-119.