環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警體系在我國(guó)發(fā)展目標(biāo)及應(yīng)用功能評(píng)述
來(lái)源：中科宇圖天下科技有限公司 閱讀：2972 更新時(shí)間：2014-08-08 11:20
當(dāng)前我國(guó)大氣環(huán)境形勢(shì)十分嚴(yán)峻，在傳統(tǒng)煤煙型污染尚未得到控制的情況下，以臭氧、細(xì)顆粒物（PM2.5）和酸雨為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染日益突出，區(qū)域內(nèi)空氣重污染現(xiàn)象大范圍同時(shí)出現(xiàn)的頻次日益增多，嚴(yán)重制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，威脅人民群眾身體健康。在此背景下，各級(jí)政府高度重視空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警工作。根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃的通知》（國(guó)發(fā)[2013]37 號(hào)）要求，京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角區(qū)域之外的省（區(qū)、市）、副省級(jí)市、省會(huì)城市于 2015 年底要建立空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警體系？諝赓|(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)是監(jiān)測(cè)預(yù)警體系關(guān)鍵核心部分，因此預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)建設(shè)是國(guó)家“大氣十條”要求；同時(shí)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)對(duì)于重污染天氣過(guò)程的趨勢(shì)分析、以及污染源成因分析等具有重要的意義，它將為環(huán)境管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
目前，我國(guó)各級(jí)環(huán)保部門(mén)正在掀起一波建設(shè)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的熱潮。常見(jiàn)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)采用的預(yù)報(bào)方法主要有統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)和數(shù)值預(yù)報(bào)兩類，其中統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模式主要依賴于對(duì)歷史氣象、環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析處理，常用的建模方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、線性回歸等，具有簡(jiǎn)單易用性，在合理的選擇影響因素和進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化也能達(dá)到較好的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)精度，應(yīng)用廣泛，但其缺點(diǎn)在于無(wú)法對(duì)污染的過(guò)程和機(jī)制進(jìn)行定量化的分析，對(duì)于污染防治的決策支持能力有限；數(shù)值預(yù)報(bào)是以大氣動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，基于對(duì)大氣物理和化學(xué)過(guò)程的理解，建立大氣污染濃度在空氣中的輸送擴(kuò)散模型，借助計(jì)算機(jī)來(lái)預(yù)報(bào)大氣污染物濃度在空氣中的動(dòng)態(tài)分布。由于數(shù)值預(yù)報(bào)模式很好的考慮了污染過(guò)程與機(jī)制，能夠?yàn)槲廴究刂茮Q策提供更為豐富的信息，是更有前景的一種預(yù)報(bào)方法，但由于模型構(gòu)建復(fù)雜，對(duì)于源清單等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求高，且運(yùn)算量大對(duì)于硬件基礎(chǔ)設(shè)施要求較高，目前在我國(guó)的應(yīng)用仍處于起步階段。
微保監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量AQI趨勢(shì)
本文主結(jié)合國(guó)內(nèi)廣泛開(kāi)展的基于數(shù)值預(yù)報(bào)方法的空氣質(zhì)量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)思路、技術(shù)路線，以及存在問(wèn)題進(jìn)行分析，以期為區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)提供借鑒。
建設(shè)目標(biāo)與總體框架
1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
基于數(shù)值預(yù)報(bào)區(qū)域空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)，其建設(shè)目標(biāo)為：通過(guò)對(duì)區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和建設(shè)，集成單個(gè)或多個(gè)空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式，并結(jié)合區(qū)域地形地貌特征、污染源和氣象條件，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)集空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、污染源等基礎(chǔ)信息接入、傳輸、管理以及空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)結(jié)果運(yùn)算、制作、分析、顯示、發(fā)布于一體的可視化決策支持系統(tǒng)，以期達(dá)到穩(wěn)定業(yè)務(wù)化運(yùn)行的目的，為明確區(qū)域未來(lái)大氣污染防治及空氣質(zhì)量保障工作的目標(biāo)、方向與重點(diǎn)提供決策支持，為區(qū)域性大氣環(huán)境污染的聯(lián)防聯(lián)控提供決策依據(jù)。
2 系統(tǒng)總體框架
系統(tǒng)總體框架采用層次化設(shè)計(jì)思想，將建設(shè)內(nèi)容從邏輯上分為硬件支撐層、平臺(tái)服務(wù)層、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層。典型的系統(tǒng)建設(shè)框架如下圖所示。系統(tǒng)硬件層采用高性能的計(jì)算集群技術(shù)。根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站編制的《環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)預(yù)警方法技術(shù)指南》要求，在硬件平臺(tái)構(gòu)建方面，需采用高性能浮點(diǎn)計(jì)算系統(tǒng)，通常省級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)計(jì)算能力應(yīng)不小于 20Tflops，并要求配置中高端光纖存儲(chǔ)系統(tǒng)及備份存儲(chǔ)系統(tǒng)。
系統(tǒng)總體框架
技術(shù)路線與主要功能
1 技術(shù)路線
采用中尺度氣象模式 MM5 或 WRF 模擬結(jié)果作為統(tǒng)一的氣象場(chǎng)，采用 SMOKE 排放源處理模型統(tǒng)一處理排放清單，集成多個(gè)空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)模式及統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模式，構(gòu)建區(qū)域空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)預(yù)警平臺(tái)，典型的系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)路線如下圖所示。系統(tǒng)采用統(tǒng)一的模式區(qū)域設(shè)置，使用統(tǒng)一污染排放清單及排放處理過(guò)程（SMOKE），并由統(tǒng)一的氣象模式產(chǎn)生統(tǒng)一氣象驅(qū)動(dòng)，以減小由于氣象、排放處理的不一致所引起的模式性能差異，可更客觀地評(píng)價(jià)不同空氣質(zhì)量模式模擬效果，并以此為基礎(chǔ)發(fā)展合理的多模式集成預(yù)報(bào)方案，如算術(shù)集合平均、權(quán)重集成方法等。
典型技術(shù)路線
2 主要功能
系統(tǒng)的應(yīng)用與展現(xiàn)層緊緊圍繞環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)，建立多個(gè)應(yīng)用模塊。主要功能包括：
（1）遙感監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)對(duì)遙感數(shù)據(jù) MODIS、OMI等的數(shù)據(jù)預(yù)處理，結(jié)合反演模型，獲取顆粒物 PM10、 PM2.5 以及SO2、NO2等污染物濃度的逐日空間分布和合成數(shù)據(jù)； ArcGIS 等開(kāi)發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)顆粒物 PM10、PM2.5和污染氣體SO2、NO2與O3業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析、專題制圖、報(bào)告制作和輸出，輔助分析區(qū)域的污染成因。
（2）數(shù)據(jù)資源管理主要是對(duì)多個(gè)氣象場(chǎng)資料、空氣監(jiān)測(cè)、污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（含遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）等多源數(shù)據(jù)的融合和管理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析后存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并以圖片形式展示盡可能多的數(shù)據(jù)信息。
（3）空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)預(yù)報(bào)應(yīng)用包括集合預(yù)報(bào)、綜合預(yù)報(bào)和預(yù)報(bào)結(jié)果評(píng)估分析。多模式集合預(yù)報(bào)是將多種天氣預(yù)報(bào)模型和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模型集合起來(lái)，以地圖、圖表等多種形式提供查詢和瀏覽。綜合預(yù)報(bào)是為了預(yù)報(bào)員定制開(kāi)發(fā)的功能，已便于預(yù)報(bào)員錄入、編輯各污染物預(yù)報(bào)值、氣象條件、污染過(guò)程等內(nèi)容。
（4）預(yù)報(bào)結(jié)果分析是將數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品、統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)產(chǎn)品及預(yù)報(bào)員發(fā)布的預(yù)報(bào)結(jié)果等多種預(yù)報(bào)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)和分析評(píng)估，以圖表等形式展示預(yù)報(bào)偏差規(guī)律，分析偏差原因，通過(guò)預(yù)報(bào)結(jié)果的對(duì)比分析和結(jié)果評(píng)估，進(jìn)一步完善預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。
（5）污染分析模塊從污染來(lái)源分析著手，據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，繪制影響區(qū)域污染團(tuán)氣流軌跡圖，為預(yù)報(bào)員提供參考，為改善空氣質(zhì)量提供決策所需的量化數(shù)據(jù)。
（6）發(fā)布與展現(xiàn)模塊根據(jù) AQI 預(yù)報(bào)結(jié)果，自動(dòng)制作各種形式的預(yù)報(bào)發(fā)布產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)發(fā)布到網(wǎng)站、手機(jī)短信、郵件、微波等多渠道的發(fā)布，為公眾提供 AQI 預(yù)報(bào)服務(wù)。
（7）決策支持模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)若干套污染源控制技術(shù)方案以及應(yīng)急控制預(yù)案的管理與調(diào)用，并通過(guò)情景設(shè)置，實(shí)現(xiàn)污染源排放清單的更新與動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。通過(guò)模式運(yùn)算實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)結(jié)果的更新，并基于 GIS 進(jìn)行空間結(jié)果展示，為區(qū)域空氣污染調(diào)控提供決策支持。
