邰姍姍

（遼寧省環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中心 遼寧沈陽 110161）

近年來，隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，空氣污染越來越嚴(yán)重，特別是2013年我國(guó)發(fā)生了大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的霧霾，影響了中東部和西南部地區(qū)很多城市[1]，空氣質(zhì)量問題受到社會(huì)各界的普遍關(guān)注。自2013年開始，全國(guó)從74個(gè)試點(diǎn)城市入手，開展空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，并逐漸完善空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)，提高了空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的技術(shù)水平，但目前的監(jiān)測(cè)仍然是對(duì)空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)現(xiàn)狀的監(jiān)測(cè)，而當(dāng)發(fā)生重度以上空氣污染或者霧霾出現(xiàn)時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不能滿足對(duì)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)和重度污染天氣應(yīng)急的要求，需要開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)通過各類預(yù)報(bào)方法與手段相結(jié)合，可對(duì)大氣中主要污染物的不同類型污染過程進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，同時(shí)也可對(duì)空氣質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，全面地了解和掌握空氣中污染物的遷移變化規(guī)律以及污染源和氣象條件對(duì)空氣質(zhì)量的影響，是當(dāng)前城市及區(qū)域污染調(diào)控與治理的有效途徑[2]，也是城市文明程度的標(biāo)志[3]。因此，在空氣主要污染濃度監(jiān)測(cè)和氣象條件觀測(cè)基礎(chǔ)上，通過預(yù)報(bào)手段，建設(shè)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系，是進(jìn)行空氣質(zhì)量未來狀態(tài)和變化趨勢(shì)預(yù)報(bào)的必要手段，也對(duì)重污染天氣應(yīng)急措施開展的給予關(guān)鍵技術(shù)支持。

1 空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法

1.1 統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)

統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，以大氣污染物濃度和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過因子初選和相關(guān)性分析，建立大氣污染物濃度與氣象參數(shù)間的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型，從而預(yù)測(cè)未來大氣污染濃度的變化趨勢(shì)。常用的統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)有多元線性回歸方程法、天氣形勢(shì)分類法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和趨勢(shì)外延法等[4]。

1.2 數(shù)值預(yù)報(bào)

數(shù)值預(yù)報(bào)以大氣動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，在給定的氣象場(chǎng)、源排放以及初始邊界條件下，通過一套復(fù)雜的偏微分方程組描述大氣污染物在空氣中的各種物理化學(xué)過程，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算方法的求解，從而預(yù)報(bào)污染物濃度動(dòng)態(tài)分布和變化趨勢(shì)，是一個(gè)典型的三維中尺度問題。目前國(guó)內(nèi)外數(shù)值預(yù)報(bào)主要模式包中國(guó)科學(xué)院大氣物理開發(fā)的NAQPMS模式、中國(guó)氣象局氣象科學(xué)研究院開發(fā)的CAPPS模式、美國(guó)的CMAQ模式、CAMx模式和WRF-Chem模式以及法國(guó)的Polyphemus模式等[5、6]。

1.3 與3S技術(shù)相結(jié)合預(yù)報(bào)

遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)三者集成的新的綜合探測(cè)系統(tǒng)在環(huán)保領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，也是空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)應(yīng)用的重要技術(shù)手段。通過遙感技術(shù)可獲取反映空氣質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)，通過反演得到氣溶膠光學(xué)厚度等產(chǎn)品，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)獲取的氣象參數(shù)以及污染源、污染物排放數(shù)據(jù)，進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)[7]。

2 遼寧省空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)現(xiàn)狀及必要性

2013年遼寧省發(fā)生多次大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的霧霾天氣，空氣質(zhì)量的重度污染嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活和身體健康，引起政府和公眾的普遍關(guān)注。人們對(duì)空氣質(zhì)量的不再滿足于對(duì)現(xiàn)狀情況了解，進(jìn)一步需要知道空氣質(zhì)量未來的變化趨勢(shì)，特別是在重污染發(fā)生時(shí)，未來污染是否持續(xù)、是否會(huì)進(jìn)一步加重以及何時(shí)結(jié)束成為人們關(guān)注的重點(diǎn)?？諝赓|(zhì)量變化趨勢(shì)需要預(yù)報(bào)工作來實(shí)現(xiàn)，因此空氣質(zhì)量的預(yù)報(bào)工作迫在眉睫。

遼寧省目前僅沈陽市采用統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)工作，其他城市以及省級(jí)尺度均未開展預(yù)報(bào)工作，因此，遼寧省亟需開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系建設(shè)。預(yù)報(bào)體系的建立不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣質(zhì)量未來變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，也為環(huán)保部門提供科學(xué)的管理和政策咨詢建議，使管理部門能夠及時(shí)采取控制措施，同時(shí)也滿足公眾對(duì)空氣質(zhì)量變化的知情權(quán)，以避免重度空氣污染對(duì)人類健康的影響。

3 遼寧省空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系架構(gòu)建議

根據(jù)遼寧省空氣質(zhì)量現(xiàn)狀，結(jié)合地方實(shí)際，并參考完成空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)所必須的技術(shù)，遼寧省空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系架構(gòu)應(yīng)重點(diǎn)從選擇模型、編制污染源清單、建立會(huì)商機(jī)制和組建專業(yè)預(yù)報(bào)隊(duì)伍等方面入手。

3.1 預(yù)報(bào)模型

針對(duì)國(guó)內(nèi)常用預(yù)報(bào)模型的不同特點(diǎn)[8]，結(jié)合遼寧省實(shí)際情況，在預(yù)報(bào)模型選擇中可以先利用現(xiàn)有的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象參數(shù)數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模式入手，在預(yù)報(bào)過程中不斷完善和本地化模型，向動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)模型發(fā)展，并隨著預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展和完善，開展數(shù)值預(yù)報(bào)發(fā)展，并逐步結(jié)合3S技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建設(shè)綜合預(yù)報(bào)模型系統(tǒng)。

3.2 源清單編制

排放源清單是對(duì)某一地區(qū)一種或幾種污染物排放源的排放量進(jìn)行估算，是研究空氣污染物在大氣中物理化學(xué)過程的先決條件[9]，也是開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)必不可少的技術(shù)環(huán)節(jié)。遼寧省是東北老工業(yè)基地，污染源類別較多，因此，開展源清單編制十分必要。在源清單編制時(shí)，應(yīng)結(jié)合遼寧地方特色，抓重點(diǎn)，覆蓋全面，調(diào)查覆蓋自然源和人為源，從點(diǎn)源、面源、開放源、移動(dòng)源以及生物源等入手，按照主要污染物類別進(jìn)行排放因子調(diào)查與計(jì)算，建立遼寧省污染源排放清單。

3.3 會(huì)商機(jī)制

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)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[10]。由于氣象條件有明顯的季節(jié)變化和月變化，所以對(duì)空氣質(zhì)量變化的影響較大，氣象參數(shù)是開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)不可缺少的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，因此，在空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系建設(shè)中，與氣象局部門進(jìn)行會(huì)商是保證預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的重要手段。空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)體系架構(gòu)中應(yīng)加強(qiáng)會(huì)商機(jī)制建設(shè)，形成定期會(huì)商與突發(fā)事件應(yīng)急會(huì)商相結(jié)合的會(huì)商機(jī)制。

3.4 專業(yè)預(yù)報(bào)隊(duì)伍

人員是開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的主體，而且空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)工作專業(yè)性較強(qiáng)，涉及物理、化學(xué)、氣象和環(huán)保等多門學(xué)科，預(yù)報(bào)體系建設(shè)中專業(yè)人員隊(duì)伍組成是保證預(yù)報(bào)工作開展的關(guān)鍵。因此，應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員的引進(jìn)與培訓(xùn)，提高專業(yè)能力，并按照源排放、模型、氣象條件以及綜合等方向進(jìn)行人員業(yè)務(wù)分工，同時(shí)，必須保證隊(duì)伍組成的專業(yè)性和穩(wěn)定性，才能不斷完善預(yù)報(bào)體系，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。

[1]解淑艷，劉冰，李健軍.全國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建立探析[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2013，5（4）：1-4.

[2]王自發(fā)，謝付瑩，王喜全等.嵌套網(wǎng)格空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].大氣科學(xué)，2006，30（5）：778-790.

[3]于桂云，金世洲，王洪濤.城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的意義及其進(jìn)展[J].黑龍江環(huán)境通報(bào)，2002，26（3）：80-81.

[4]趙惠芳，陳雅蓮，唐會(huì)榮等.晉江城市空氣質(zhì)量污染潛勢(shì)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法初探[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2009,25（5）：27-30.

[5]朱玉強(qiáng).幾種空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法的預(yù)報(bào)效果對(duì)比分析[J].氣象，2011,30（10）：30-32.

[6]王茜，付晴艷，王自發(fā)等．集合數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)在上海市空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究［J］.環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(4):1-7．

[7]王皓，查勇.MODIS氣溶膠光學(xué)厚度對(duì)城市空氣質(zhì)量的指示[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2006,19（3）：21-24.

[8]張朝能，胡冰.空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)方法綜述[J].云南環(huán)境科學(xué)，2003，22（2）：55-57.

[9]趙斌，馬建中.天津市大氣污染源排放清單的建立[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，28(2)：368-375.

[10]李靖，尹曉惠，張明英.北京市空氣質(zhì)量狀況與氣象條件關(guān)系分析[C].第26屆中國(guó)氣象學(xué)會(huì)年會(huì)大氣成分與天氣氣候及環(huán)境變化分會(huì)場(chǎng)論文集.2009：75-82.