康志明　桂海林　花　叢　張碧輝　張恒德　呂夢瑤　王繼康

（國家氣象中心，北京 100081）

國家級環(huán)境氣象業(yè)務現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

康志明桂海林花叢張碧輝張恒德呂夢瑤王繼康

（國家氣象中心，北京 100081）

環(huán)境氣象業(yè)務關注與人民健康直接相關、與人類活動密切聯(lián)系的大氣環(huán)境質量問題。近年來，大氣污染等環(huán)境問題引起全社會的廣泛關注，環(huán)境氣象業(yè)務也得以迅速發(fā)展。2014年3月，中國氣象局為了更好地提供環(huán)境氣象監(jiān)測預報服務，整合國家級業(yè)務單位資源，成立了中國氣象局環(huán)境氣象中心?；仡櫫藝壹壄h(huán)境氣象業(yè)務的發(fā)展歷史，著重介紹了目前國家級環(huán)境氣象業(yè)務現(xiàn)狀以及主要技術手段。通過分析和總結目前環(huán)境氣象業(yè)務面臨的需求以及能力的不足和差距，討論了國家級環(huán)境氣象業(yè)務的未來發(fā)展趨勢和重點方向。

環(huán)境氣象，大氣污染，業(yè)務現(xiàn)狀

0　引言

傳統(tǒng)的環(huán)境氣象預報業(yè)務包括霧、霾和沙塵等天氣，與之相對應的監(jiān)測、預報及預警等業(yè)務也相對較為成熟。近年來，隨著中國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以高細顆粒物濃度為主要特點的空氣污染問題日益嚴重[1-4]，霧、霾和沙塵天氣頻繁出現(xiàn)，環(huán)境問題越來越受到社會各界的關注。我國一些大中城市在傳統(tǒng)的霧、霾及沙塵預報業(yè)務基礎之上，積極開展了多種形式的環(huán)境氣象服務，環(huán)境氣象業(yè)務不斷發(fā)展，已經(jīng)形成了一定的業(yè)務規(guī)模。

2014年3月，中國氣象局環(huán)境氣象中心成立，主要負責提供國家級環(huán)境氣象監(jiān)測預報服務并協(xié)調與之相關業(yè)務工作。環(huán)境氣象中心以國家氣象中心為基礎，聯(lián)合國家衛(wèi)星氣象中心、國家氣候中心、中國氣象局氣象探測中心、中國氣象科學研究院、中國氣象局公共氣象服務中心等單位，以“小實體、大網(wǎng)絡”方式運行。國家級環(huán)境氣象中心的成立，整合了國家級環(huán)境氣象業(yè)務、服務和技術研發(fā)資源，規(guī)范了國家級環(huán)境氣象業(yè)務，加強了對各級環(huán)境氣象業(yè)務的指導，提升國家級環(huán)境氣象業(yè)務能力和服務水平，為國家大氣污染防治工作提供更有力保障。本文對國家級環(huán)境氣象業(yè)務的開展情況進行梳理和總結，并結合環(huán)境氣象業(yè)務面臨的挑戰(zhàn)和需求，探討國家級環(huán)境氣象業(yè)務的發(fā)展趨勢。

1　環(huán)境氣象業(yè)務現(xiàn)狀

1.1環(huán)境氣象產(chǎn)品體系

環(huán)境氣象的業(yè)務產(chǎn)品主要可分為監(jiān)測、預報預警及評估三大類。

1.1.1 環(huán)境氣象監(jiān)測

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。

1.1.2環(huán)境氣象預報預警

目前，國家級環(huán)境氣象業(yè)務基于數(shù)值天氣預報和環(huán)境氣象數(shù)值預報產(chǎn)品，結合天氣分析、概念模型判斷、釋用技術和檢驗評估分析等技術方法，制作并發(fā)布全國空氣污染氣象條件、全國地級以上城市空氣質量、能見度、霧、霾以及沙塵落區(qū)預報預警產(chǎn)品。針對春節(jié)節(jié)日，開展煙花爆竹燃放氣象指數(shù)預報業(yè)務。同時，中央氣象臺還與國家環(huán)境監(jiān)測總站聯(lián)合開展京津冀及周邊地區(qū)重污染天氣監(jiān)測預警業(yè)務。

2014年10月，環(huán)境氣象中心整合國家級環(huán)境氣象業(yè)務、服務和技術研發(fā)資源，制作并發(fā)布《環(huán)境氣象公報》，打造集監(jiān)測、分析、評估、預報和預警為一體的國家級環(huán)境氣象綜合產(chǎn)品。

1.1.3環(huán)境氣象評估

大氣污染氣象條件評估主要內容是利用大氣成分及相關氣象觀測數(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，為相關決策部門提供大氣污染防治對策及建議，形成評估報告。

1.2環(huán)境氣象業(yè)務技術體系

1.2.1環(huán)境氣象綜合觀測與分析應用

20世紀80年代以來，中國氣象局逐步建設形成了一定規(guī)模的大氣成分觀測網(wǎng)，包含1個全球大氣本底站、6個區(qū)域站以及241個具有顆粒物觀測能力的霧霾觀測站以及365個酸雨觀測站。在邊界層氣象觀測方面，中國氣象局建有120個L波段雷達探空觀測站，可提供每日00和12時的秒級探空數(shù)據(jù)。此外，43部風廓線雷達組成的業(yè)務試驗網(wǎng)，可實現(xiàn)垂直風場的分鐘級全天候、連續(xù)觀測。同時，中國氣象局在衛(wèi)星遙感監(jiān)測方面也開展了大量的研究工作，并形成了一定的業(yè)務能力?；陲L云極軌和靜止氣象衛(wèi)星，開展霾（光學影像監(jiān)測）、霾污染指數(shù)、霾光學厚度、霧、沙塵（光學影像、沙塵指數(shù)、沙塵光學厚度定量監(jiān)測）等的實時監(jiān)測，利用全球衛(wèi)星的環(huán)境氣象相關產(chǎn)品（二氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、甲烷），定期開展中國區(qū)域大氣空氣質量、溫室氣體等時空分布和長期變化趨勢的評估等。

除中國氣象局建成的環(huán)境氣象綜合觀測系統(tǒng)外，環(huán)境保護部也在全國范圍內建成了覆蓋地級以上城市的環(huán)境空氣質量監(jiān)測網(wǎng)。目前，環(huán)境保護部在全國布設的環(huán)境空氣質量監(jiān)測點位數(shù)已經(jīng)由最初的661個增加到1436個。兩部委建成的環(huán)境空氣觀測系統(tǒng)在對大氣環(huán)境監(jiān)測方面起到了相互補充、相互配合的最優(yōu)資源綜合利用。

環(huán)境氣象中心基于中國氣象局環(huán)境綜合觀測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)及環(huán)境保護部環(huán)境空氣監(jiān)測網(wǎng)的國家環(huán)境空氣質量自動監(jiān)測點空氣質量資料（包括PM10、PM2.5、PM1、SO2、NO2、CO、O3逐小時濃度和AQI指數(shù)），結合常規(guī)氣象要素觀測，實現(xiàn)全國霧和霾實況、大氣成分實況及超標日、重點區(qū)域及重點城市空氣質量狀況等實時監(jiān)測。在綜合地面常規(guī)觀測資料應用的同時，加強非常規(guī)資料的應用。例如，用L波段秒探空資料診斷分析大氣邊界層結構特征；用整層逆溫強度判斷能見度變化情況，進而用于霧、霾天氣預報。初步開展鐵塔和風廓線觀測資料應用研究，從更高的時間及垂直分辨率上分析城市邊界層特征演變情況。此外，衛(wèi)星遙感資料，在包括大氣氣溶膠（霾、沙塵暴等）、溫室氣體、污染氣體等大氣成分的監(jiān)測及評估中也發(fā)揮了重要的作用，同時還可對火山灰云、秸稈燃燒等大氣環(huán)境事件進行監(jiān)測和評估。

1.2.2大氣化學模式

大氣化學模式是開展環(huán)境氣象業(yè)務的重要技術支撐，是提高環(huán)境氣象預報業(yè)務精細化和定量水平的關鍵。當前，國家級業(yè)務部門運行CUACE霧和霾、CUACE沙塵和污染物擴散模式等為空氣污染、沙塵、核擴散等環(huán)境氣象預報業(yè)務提供科技支撐。此外，部分?。ㄊ校?，通過引進CMAQ、WRF-Chem等區(qū)域大氣化學模式，建立了化學天氣數(shù)值預報系統(tǒng)，為區(qū)域和城市空氣質量、能見度及霾等的預報預警提供了技術手段和科技支撐。

由于排放源、大氣化學過程等不確定性與邊界層天氣過程不確定性的疊加，目前大氣化學模式的預報能力還有明顯的提高空間，所以基于模式產(chǎn)品的檢驗訂正尤為重要。環(huán)境氣象中心對CUACE模式預報性能進行了單站和區(qū)域的定量檢驗，分析了能見度、PM2.5、溫度和相對濕度等氣象要素預報的平均偏差、平均誤差、預報與實況相關性等統(tǒng)計量，為模式開發(fā)人員提供改進建議，同時也為業(yè)務人員應用提供依據(jù)。針對定量化應用需求，在模式輸出要素基礎上，采用了滑動訂正、集合卡爾曼濾波等多種方法，結合實況觀測，對空氣質量要素預報進行訂正，以提高站點定量預報的準確率。

1.2.3大氣污染氣象條件分析

污染排放是造成大氣污染的根本原因，在一定的時間尺度內，污染排放一般變化不大，氣象條件成為影響最終污染狀況的決定因素，分析相關氣象條件是準確了解和掌握大氣污染發(fā)展趨勢的關鍵[5-7]。因此，氣象條件分析既是大氣污染中長期預報的關鍵環(huán)節(jié)，也可以通過定量分析大氣污染與氣象條件的關系及其變化趨勢，為政府大氣污染防治提供科學決策依據(jù)。可以說，大氣污染氣象條件分析是氣象部門開展環(huán)境氣象業(yè)務的優(yōu)勢所在。

1）污染氣象條件診斷分析

污染氣象條件分析主要是針對大氣污染，基于氣象觀測或大氣模式預報產(chǎn)品，對能反映大氣污染物擴散、輸送、沉降、清除等作用的氣象因子進行診斷分析。比如混合層高度、垂直交換系數(shù)、通風系數(shù)、理查孫數(shù)、小風區(qū)和空氣滯留區(qū)等。這些診斷產(chǎn)品為霧、霾及空氣質量等環(huán)境氣象預報提供了重要的分析依據(jù)。

2）污染氣象條件綜合指數(shù)

2014年以來，環(huán)境氣象中心針對近年發(fā)生的典型霧、霾和污染過程，分區(qū)域進行統(tǒng)計，并結合不同天氣過程的特點，提煉典型天氣學特征和概念模型，在此基礎上研究可綜合反映氣象條件作用的關鍵指標。

典型污染天氣往往發(fā)生在靜穩(wěn)的天氣形勢下，靜穩(wěn)天氣指數(shù)（SWI）就是通過綜合考慮濕度、風速、逆溫強度、混合層高度等反映大氣溫濕條件及動力狀況的物理要素，用來定量評估大氣靜穩(wěn)程度，表征大氣對污染物的水平與垂直擴散能力。指數(shù)的構建基于統(tǒng)計分析，結合預報員經(jīng)驗，篩選對靜穩(wěn)天氣具有較好指示意義的特征物理量，確定各物理量閾值及權重。霧和霾天氣多發(fā)生在地面相對濕度高、近地層風速小、邊界層高度低且存在逆溫、無較強天氣系統(tǒng)影響的背景下，因此選取2m相對濕度、10m風速、邊界層高度、低層逆溫強度、850hPa垂直速度及散度等物理量。在統(tǒng)計過程中，以各物理量不同區(qū)間內霧、霾天氣發(fā)生概率相對氣候態(tài)的倍數(shù)為指標，衡量其對靜穩(wěn)天氣的指示意義，并作為各物理量不同區(qū)間值對應的權重，具體算法如下：

式中，ain為統(tǒng)計時段內物理量i在區(qū)間n內霧和霾出現(xiàn)站次，bin為相應的晴好站次；a為統(tǒng)計時段內總的霧和霾站次，b為總的晴好站次。以北京為例，2m相對濕度對霧和霾及晴好天氣的區(qū)分能力最高，當相對濕度高于88%時權重系數(shù)最高，達到3.4，即霧和霾發(fā)生概率是氣候態(tài)的3.4倍；逆溫強度、10m風速和邊界層高度的區(qū)分能力依次次之，最高權重分別為2.1，1.9和1.8。

靜穩(wěn)天氣指數(shù)不僅僅在預報中為業(yè)務人員提供氣象條件的定量判斷，同時在重大氣象服務和過程評估中也發(fā)揮了積極的意義。2014年11月5—11日， APEC會議在北京召開，10月剛剛經(jīng)歷4次嚴重霧和霾天氣的北京，空氣質量好壞成為當時政府決策者最為關心的問題之一?！办o穩(wěn)天氣指數(shù)”作為具有氣象特色的環(huán)境氣象分析方法技術，在多次的決策氣象服務中發(fā)揮了重要的作用，也受到了各方的好評。

圖1給出2014年10月7日—11月23日北京地區(qū)平均PM2.5濃度與靜穩(wěn)天氣指數(shù)演變。由圖可知，靜穩(wěn)天氣指數(shù)的演變與PM2.5濃度之間有較好的對應關系，10月4次嚴重的霧和霾天氣都分別與靜穩(wěn)指數(shù)峰值相對應。同時，靜穩(wěn)天氣指數(shù)也可直觀地反映出減排措施發(fā)揮的作用。例如，10月28—30日，政府開始采取一定的防控措施，雖然靜穩(wěn)指數(shù)與10月前期3次污染過程相當，但實際PM2.5濃度明顯偏低。APEC期間，隨著防控力度的加大，PM2.5濃度進一步降低。在APEC結束后的評估報告中，靜穩(wěn)天氣指數(shù)被進一步用來定量評估氣象條件的作用。定義PI=PM2.5濃度/靜穩(wěn)天氣指數(shù)（Pollution Index，PI），代表一定氣象條件下出現(xiàn)的污染程度。通過對比分析2014年10—11月APEC會議前后兩段時間內的PI與無減排措施情況PI，10月，平均PI為9.8，11月1—10日平均PI為4.9，僅為10月的一半。說明在同樣的氣象條件下，11月1—10日與10月相比，污染程度明顯降低，體現(xiàn)出11月上旬APEC會議期間采取有力防控措施取得了明顯效果。

圖1　2014年10月7日-11月23日北京地區(qū)平均PM2.5濃度與靜穩(wěn)天氣指數(shù)演變Fig.1 Average PM2.5concentration （bars） and stable weather index （curve） in Beijing during October 7 to November 22, 2014.

除了靜穩(wěn)天氣形勢對污染物起到重要積聚作用以外，污染物區(qū)域輸送也是影響污染濃度的重要因素[8-13]，平流輸送對某地污染的形成具有重要作用。污染物自邊界層向上抬升后停留時間變長，通過平流輸送可以擴散至其他地區(qū)，影響該地的空氣質量。結合PM2.5排放源強度、污染物輸送概率等因子，構建了表征污染物傳輸強度的指數(shù)，可代表輸送能力的空間分布情況。

式中，T為傳輸強度，R為輸送概率，E為PM2.5排放強度（單位：t/a），Wd為距離權重函數(shù)，Wtl為時間權重函數(shù)，PSCF為潛在源貢獻因子。下標l和（i，j）分別是對應的軌跡和網(wǎng)格。

圖2為2013年11月—2014年3月北京的污染物傳輸強度分布。除北京南部對北京市區(qū)有強的傳輸影響外，天津、河北中南部、山東西北部及河南北部傳輸強度大于1，說明上述地區(qū)的污染物也可通過區(qū)域傳輸對北京產(chǎn)生較明顯影響。尤其是河北中部、天津西部距離北京近，工業(yè)發(fā)達，排放強度較高，且經(jīng)過這兩個區(qū)域的氣流到達北京后，易與燕山和太行山脈形成地形輻合，使污染物難以擴散，進一步加重污染程度，因此傳輸作用最為明顯。工業(yè)較為發(fā)達的太原、濟南和鄭州等周邊省會城市，由于較少有氣團軌跡經(jīng)過或距離較遠等原因，對北京的傳輸作用并不明顯。

圖2　2013年11月—2014年3月北京污染物傳輸強度指數(shù)分布Fig.2 Distribution of the average index of pollutant transports strength in Beijing during November 2013 to March 2014.

1.2.4環(huán)境氣象客觀預報技術

與降水相比，數(shù)值模式對霧、霾這類災害性天氣預報能力更為有限，甚至缺乏具有直接參考意義的預報產(chǎn)品，實際業(yè)務中主要依靠預報員的經(jīng)驗，預報難度非常大。因此，總結預報經(jīng)驗，建立預報模型，開發(fā)客觀預報產(chǎn)品具有實際意義。目前，開展了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡、多指標疊套、多元回歸等方法的客觀預報技術研發(fā)和應用。統(tǒng)計分析物理量、參數(shù)、排放源與霧、霾、沙塵、空氣質量、光化學污染的關系，提取預報因子，基于天氣學模型，結合實況及業(yè)務模式產(chǎn)品，設立相應判據(jù)和預報指標，建立預報模型、方程和流程，計算基本物理量和大氣邊界層特征參數(shù)，匹配指標權重，進行指標疊套運行、擬合試驗和回歸計算等，并進一步優(yōu)化因子組合和運行試驗，進而得到客觀預報產(chǎn)品。

1.2.5環(huán)境氣象業(yè)務系統(tǒng)平臺

環(huán)境氣象屬交叉學科，涉及數(shù)據(jù)種類繁多、來源廣泛，分析方法也與常規(guī)天氣預報有較大不同。相關數(shù)據(jù)庫以及平臺建設滯后成為影響環(huán)境氣象業(yè)務進一步發(fā)展的重要制約因素。圍繞建設國家級環(huán)境氣象監(jiān)測預報預警服務綜合一體化業(yè)務平臺的目標，環(huán)境氣象中心初步開展了環(huán)境氣象基礎數(shù)據(jù)庫的建設，整理編輯和重建歷史資料，建立環(huán)境氣象數(shù)據(jù)集，包括大氣成分資料、空氣質量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星產(chǎn)品、地面常規(guī)及非常規(guī)觀測資料，通過數(shù)據(jù)整理、計算分析和格式轉化，建設監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測空氣污染信息功能。搭建環(huán)境氣象業(yè)務平臺，在主流天氣分析業(yè)務平臺MICPAS的框架下進行二次開發(fā)，針對環(huán)境氣象的特殊需求，實現(xiàn)環(huán)境氣象監(jiān)測、診斷分析及產(chǎn)品制作等功能。

2　國家級環(huán)境氣象服務面臨的問題及未來發(fā)展

2.1國家級環(huán)境氣象服務面臨的新需求

國家級環(huán)境氣象服務面臨的需求按照不同的對象可分為以下3個方面：

1）決策服務需求。作為國家級業(yè)務單位，如何為政府決策提供更科學的依據(jù)成為國家級環(huán)境氣象服務面臨的重要課題。政府決策部門對環(huán)境氣象服務的需求來源于大氣污染防治、重大社會活動保障、國際環(huán)境外交談判等方面，這些需求主要集中在長時效、重大過程預報、科學定量評估及對比分析等方面。在國務院《大氣污染防治行動計劃》出臺之后，各級政府需要在實際大氣污染的科學評估基礎上制定相應減排政策，需要中長期的過程預報來實現(xiàn)對重污染過程的減排調控。由于大氣污染與氣象條件密切相關，準確了解和掌握大氣污染的實況及相應氣象條件，定量分析大氣污染與氣象條件的關系及其變化趨勢，科學描述實際減排效果，是制定未來污染防治措施的科學基礎。

2）公眾服務需求。在公眾不斷提高健康意識后，人們更加希望有精細的環(huán)境氣象預報產(chǎn)品進行科學指導從而安排他們的生活出行等。所以公眾服務需求主要體現(xiàn)在精細化的環(huán)境氣象預報產(chǎn)品上。

3）業(yè)務指導需求。國內氣象部門除北京、上海、廣東等地區(qū)外，大部分臺站環(huán)境氣象業(yè)務起步晚，技術基礎相對薄弱，亟待國家級技術與產(chǎn)品的指導。業(yè)務指導需求體現(xiàn)在預報技術、診斷分析方法、業(yè)務規(guī)范等方面。

2.2環(huán)境氣象業(yè)務能力的不足之處

與需求相比，環(huán)境氣象業(yè)務能力不足主要體現(xiàn)在：

1）環(huán)境氣象部分業(yè)務標準不統(tǒng)一，預報服務還需進一步規(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的邊界層氣象觀測手段有限。在監(jiān)測分析技術上，還未能實現(xiàn)多源資料的融合分析，沒能實現(xiàn)各種觀測資料優(yōu)勢互補的目的。

3）大氣化學模式與數(shù)值天氣模式的融合發(fā)展還需加強，對相關物理化學過程以及機制機理認識還有待深入，大氣成分監(jiān)測資料的同化技術在業(yè)務模式中的應用明顯滯后，污染源排放信息基礎數(shù)據(jù)和動態(tài)更新技術比較薄弱。模式應用能力不高，預報員對不同模式的認識和理解不足，檢驗訂正能力不高；模式解釋應用產(chǎn)品精度仍然不高，技術方法有待改進。

4）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過程認識還有待深入。

5）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。

6）環(huán)境氣象業(yè)務基礎保障能力仍然較弱，體現(xiàn)在業(yè)務數(shù)據(jù)及平臺支撐能力不足。

2.3環(huán)境氣象業(yè)務發(fā)展目標及重點工作

國家級環(huán)境氣象業(yè)務要充分發(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、技術較為先進的國家級環(huán)境氣象業(yè)務體系；初步建立集監(jiān)測、預報、預警和評估服務于一體的集約化、規(guī)范化的環(huán)境氣象業(yè)務流程；進一步提升國家級環(huán)境氣象觀測、預報預警服務及對省級部門環(huán)境氣象業(yè)務的指導能力。

2.3.1環(huán)境氣象監(jiān)測與分析能力建設

逐步建成覆蓋全國、重點地區(qū)的大氣成分觀測站網(wǎng)，并加強邊界層氣象觀測建設。開展我國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（氣溶膠光學厚度等）等衛(wèi)星資料處理關鍵技術預研，建立高時空分辨率中國區(qū)域衛(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)測識別技術方法和定量監(jiān)測評估技術。

開展多源資料融合技術攻關，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)星反演技術及其與地面觀測的校準技術研究，實現(xiàn)具備覆蓋全國區(qū)域的大氣成分監(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用，診斷分析邊界層結構特征，提高對霾、沙塵暴、光化學煙霧等發(fā)生發(fā)展機制的認識，改進霾及沙塵暴客觀預報技術。

2.3.2發(fā)展大氣化學模式

改進氣溶膠及氣態(tài)化學機理，優(yōu)化模式方案；充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡化觀測與衛(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，同化應用環(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—化學模式）的協(xié)同發(fā)展，建立一體化可預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)多模式集成應用技術，提高模式解釋應用能力。

2.3.3發(fā)展霧、霾及重污染中長期預報技術

發(fā)展中長期預報是提高決策服務能力的關鍵環(huán)節(jié)。以動力統(tǒng)計為基礎，依據(jù)靜穩(wěn)天氣綜合判定指標，結合排放源數(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、擴散過程效應的霧、霾潛勢預報產(chǎn)品；研制邊界層關鍵氣象要素的數(shù)值產(chǎn)品訂正技術和集合預報產(chǎn)品釋用技術，提高與霧和霾相關的邊界層氣象要素在中期時段的預報水平；結合霧、霾潛勢、能見度客觀預報產(chǎn)品、氣象要素預報訂正產(chǎn)品，逐步開展霧和霾中長期分類分級預報。

2.3.4環(huán)境氣象評估及預評估

大氣污染評估及預評估是政府部門科學應對大氣污染的依據(jù)。目前，國家級環(huán)境氣象業(yè)務部門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。主要是是利用大氣成分及相關氣象觀測數(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報，比如模擬預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，通過模擬預報的結果綜合分析不同氣象條件下對大氣污染防治措施對污染物濃度的貢獻。

環(huán)境氣象預評估是指在預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的分析，提供給決策部門作為減排調控的參考。預評估主要通過模式模擬的途徑來完成。目前為止，預評估業(yè)務還未實時開展。

2.3.5環(huán)境氣象業(yè)務拓展

出于健康角度，社會公眾對環(huán)境氣象預報產(chǎn)品有極高的關注度。但是目前環(huán)境預報產(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系，而空氣污染氣象條件則只是污染的一種潛勢預報。研究霾、重污染等對人體健康的影響，并結合其他氣象條件，發(fā)展健康氣象等環(huán)境氣象業(yè)務，將提高環(huán)境氣象預報服務的針對性。

基于基本數(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)務系統(tǒng)，可實現(xiàn)環(huán)境氣象對健康效應發(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)境氣象健康風險預警產(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，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產(chǎn)品。

3　結語

通過對國家級環(huán)境氣象業(yè)務的回顧和分析，可以看到，在各方面的高度關注下，環(huán)境氣象業(yè)務發(fā)展迅速，已經(jīng)形成了一定的業(yè)務產(chǎn)品和技術支撐體系，并在氣象服務中發(fā)揮了重要的作用。但是，面對服務需求的快速增長，環(huán)境氣象預報業(yè)務能力的提高刻不容緩，在綜合監(jiān)測分析、精細化預報、中長期趨勢預報、評估及預評估技術等方面仍存在明顯不足，這些也將是未來環(huán)境氣象業(yè)務發(fā)展的重點。

［1］張小曳， 孫俊英， 王亞強， 等. 我國霧—霾成因及其治理的思考. 科學通報， 2013， 58： 1178-1187.

［2］Zhang X Y， Wang Y Q， Niu T， et al. Atmospheric aerosol compositions in China： Spatial/temporal variability， chemical signature， regionalhaze distribution and comparisons with global aerosols. Atmos Chem Phys， 2012， 11： 26571-26615.

［3］張磊， 金蓮姬， 朱彬， 等. 2011年6—8月平流輸送對黃山頂污染物濃度的影響. 中國環(huán)境科學， 2013， 33（6）： 969-978.

［4］蘇福慶， 高慶先， 張志剛， 等. 北京邊界層外來污染物輸送通道. 環(huán)境科學研究， 2004， 17（1）： 26-29.

［5］張人禾， 李強， 張若楠. 2013年1月中國東部持續(xù)性強霧霾天氣產(chǎn)生的氣象條件分析. 中國科學：地球科學， 2014， 44（1）： 27-36.

［6］楊德寶， 王式功， 黃建國. 蘭州市大氣污染與氣象條件的關系. 蘭州大學學報（自然科學版）， 1994， 30（1）： 132-136.

［7］Schichtel B A， Husar R B， Falke S R， et al. Haze trends over the United States， 1980-1995. Atmos Environ， 2001， 35： 5205-5210.

［8］Karaca F， Anil I， Alagha O. Long-range potential source contributions of episodic aerosol events to PM10 profile of a megacity. Atmos Environ， 2009， 43（36）： 5713-5722.

［9］Begum B A， Kim E， Jeong C H， et al. Evaluation of the potential source contribution function using the 2002 Quebec forest fire episode. Atmos Environ， 2005， 39（20）： 3719-3724.

［10］Baker J. A cluster analysis of long range air transport pathways and associated pollutant concentrations within the UK. Atmos Environ，2010， 44， 563-571.

［11］Chiapello I， Bergametti G， Chatenet B， et al. Origins of African dust transported over the northeastern tropical Atlantic. J Geophys Res， 1997， 102： 13701-13709.

［12］徐祥德. 北京及周邊地區(qū)大氣污染機理及調控原理研究. 中國基礎科學， 2002， 8： 19-22.

［13］蘇福慶， 任陣海， 高慶先， 等. 北京及華北平原邊界層大氣中污染物的匯聚系統(tǒng)——邊界層輸送匯. 環(huán)境科學研究， 2004， 17（1）：21-25.

China's National Environmen-Meteorological Services and Their Developmental Trend

Kang Zhiming, Gui Hailin, Hua Cong, Zhang Bihui, Zhang Hengde, Lü Mengyao, Wang Jikang
（National Meteorological Centre， China Meteorological Administration， Beijing 100081）

The environment-meteorological services in China are concerned with atmospheric environmental quality, which is directly related to human activities and affects human health. In recent years, air pollution and other environmental problems have attracted the nationwide attention in China, so that the environment-meteorological services have been developed rapidly. The Environment-Meteorological Centre of the China Meteorological Administration was established in March 2014 by integrating the resources of various national service units to provide better meteorological monitoring and forecasting services,. In this paper, we review the developments of China’s national environment-meteorological services and highlight their current status including major technological capabilities. We also explore future trends of the national environment-meteorological services by analysing the capabilities， defciencies and gaps in supply to the demands of the current environment-meteorological services.

environment-meteorology, air pollution, current status

10.3969/j.issn.2095-1973.2016.02.007

2015年6月14日；

2015年8月6日

康志明（1978—），Email：kangzm@cma.gov.cn

資助信息： 中國氣象局氣象關鍵技術集成與應用（重點）項目（CMA GJ2013Z05）