重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商機(jī)制及經(jīng)驗(yàn)探討

王曉彥，李健軍，劉 冰，許 榮，汪 巍，朱莉莉，王 威，趙熠琳

中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

近年來，我國重點(diǎn)城市相繼承辦了多個大型國際會議、重大賽事和重要紀(jì)念活動，包括2014年南京青年奧林匹克運(yùn)動會、2014年北京APEC會議、2015年中國人民抗日戰(zhàn)爭暨世界反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年大閱兵和2016年杭州G20峰會等。為保障上述重大活動期間的空氣質(zhì)量，空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商逐漸成為一系列保障措施中的重要環(huán)節(jié)。特定時段精準(zhǔn)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)可及時把握污染形勢，為環(huán)境管理部門制定有針對性的污染管控措施提供關(guān)鍵的技術(shù)支持，從而有效降低污染程度，最終實(shí)現(xiàn)重大活動期間空氣質(zhì)量保障目標(biāo)。區(qū)域聯(lián)動的空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商經(jīng)歷了從無到有、從粗到細(xì)、由淺入深的發(fā)展過程，并在杭州G20峰會的空氣質(zhì)量保障中達(dá)到了國內(nèi)頂級水平。經(jīng)過多年實(shí)踐探索，國內(nèi)空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商機(jī)制不斷完善，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)日益豐富[1-5]。本文主要探討重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商方案、基本流程和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等，以期為今后承辦類似重大活動的地區(qū)提供借鑒。

1 預(yù)報(bào)會商方案設(shè)計(jì)

1.1 會商需求調(diào)研

在設(shè)計(jì)重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商方案時，應(yīng)基于多方面的需求調(diào)研。首先應(yīng)綜合對比分析歷史同期空氣質(zhì)量水平，以便了解實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量保障目標(biāo)的難易程度；其次應(yīng)充分了解重大活動前期及活動期間將采取的一系列污染減排措施以及區(qū)域性空氣質(zhì)量保障所涉及的相關(guān)省市的協(xié)同合作，從而合理協(xié)調(diào)參與預(yù)報(bào)會商的成員單位和部門；最后應(yīng)由上而下逐級分解預(yù)報(bào)會商相關(guān)要求，明確各級權(quán)責(zé)，以保障聯(lián)合會商有序、高效、順暢運(yùn)行。

1.2 組織架構(gòu)設(shè)計(jì)

重大活動期間區(qū)域性的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商往往需多個省市通力合作，高規(guī)格的會商機(jī)制需要完善的組織架構(gòu)來保障。通常大型預(yù)報(bào)會商機(jī)制應(yīng)包含3個層面的組織機(jī)構(gòu)(圖1)：第一層為由相關(guān)環(huán)境管理部門組成的保障現(xiàn)場指揮中心，負(fù)責(zé)把握全局，決策部署，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各項(xiàng)工作；第二層為保障專家委員會，一般由國內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測和預(yù)報(bào)領(lǐng)域資深研究學(xué)者組成，對每日預(yù)報(bào)會商結(jié)果和針對性污染管控措施提供專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)和決策建議；第三層為會商技術(shù)支持工作組，除空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)組之外，還應(yīng)涉及到氣象預(yù)報(bào)組、空氣質(zhì)量監(jiān)測分析組和污染源監(jiān)控評估組等，負(fù)責(zé)保障期間具體的數(shù)據(jù)分析和預(yù)報(bào)會商工作[2]。

圖1 重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商基本組織架構(gòu)Fig.1 Basic organizational structure of forecast consultation for air quality guarantee of major events

1.3 技術(shù)資源整合

大型空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商需充分整合多方面的技術(shù)資源：一是來源于地面自動站(城市站、區(qū)域站、背景站、超級站等)定點(diǎn)觀測、走航觀測、衛(wèi)星遙測、雷達(dá)探測等立體化監(jiān)測網(wǎng)的空氣質(zhì)量實(shí)況監(jiān)測數(shù)據(jù)；二是來源于國內(nèi)外多家氣象預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)的大氣條件預(yù)報(bào)以及相關(guān)省市氣象部門的本地小尺度精細(xì)預(yù)報(bào)資料；三是盡可能全面的最新版大氣污染源排放清單以及保障期間污染減排相關(guān)分析數(shù)據(jù)；四是保障期間精細(xì)化空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式所需的軟件系統(tǒng)(例如基準(zhǔn)和管控兩種源清單并行的預(yù)報(bào)模式系統(tǒng))以及滿足運(yùn)算能力的配套硬件資源等[2]?？傊?，以充分整合的空氣監(jiān)測實(shí)況、氣象條件預(yù)報(bào)、污染源排放清單、預(yù)報(bào)模式評估等技術(shù)資源為綜合分析基礎(chǔ)，最終應(yīng)用和體現(xiàn)到空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)中。

1.4 會商方案編制

詳實(shí)完備、切實(shí)可行的預(yù)報(bào)會商方案是重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商的基礎(chǔ)性指導(dǎo)文件，是相關(guān)技術(shù)人員開展工作的實(shí)用操作手冊。通常大型預(yù)報(bào)會商方案應(yīng)明確會商參與單位及人員、會商時間及地點(diǎn)、各工作組匯報(bào)內(nèi)容及形式、會商結(jié)果討論與總結(jié)、預(yù)報(bào)信息報(bào)送與發(fā)布等關(guān)鍵內(nèi)容，盡可能將每一環(huán)節(jié)落實(shí)到具體的時間點(diǎn)和執(zhí)行部門。預(yù)報(bào)會商方案在編制過程中應(yīng)積極與相關(guān)部門溝通協(xié)調(diào)，編制完成后應(yīng)開展必要的意見征求和專家論證，以保證會商方案的合理性和可行性。

2 預(yù)報(bào)會商機(jī)制發(fā)展趨勢

2.1 會商流程日益完善

自2013年全國重點(diǎn)區(qū)域和城市基于新《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)逐步開展空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)以來，在日常業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中，通過外部參照和內(nèi)部摸索形成了較為成熟的會商流程。而重大活動保障預(yù)報(bào)會商由于其特殊性和復(fù)雜性，預(yù)報(bào)會商流程需在原有的日常業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)會商的基礎(chǔ)上升級改進(jìn)，并在近幾年若干重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商實(shí)踐中不斷完善。如由于區(qū)域性空氣質(zhì)量保障的聯(lián)防聯(lián)控要求不斷增強(qiáng)，參與預(yù)報(bào)會商和減排實(shí)施的成員單位范圍隨之?dāng)U展；隨著大氣科學(xué)領(lǐng)域科研成果應(yīng)用的加強(qiáng)，預(yù)報(bào)會商流程中專家委員會的技術(shù)指導(dǎo)和決策支持作用不斷凸顯；隨著移動端發(fā)布渠道的增多，預(yù)報(bào)信息的發(fā)布范圍和發(fā)布時間也隨之調(diào)整[2,5]。

2.2 技術(shù)資源整合不斷強(qiáng)化

一套完備的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)需要實(shí)況監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象資料、污染源排放清單、軟硬件設(shè)施等一系列技術(shù)支持條件，在大型空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商中，對上述技術(shù)資源的需求顯著提高。以實(shí)況監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，在近幾年重大活動空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商中，從最初主要依賴于城市自動站空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，逐步發(fā)展到城市站、區(qū)域站、背景站、交通站、超級站等多種類型站點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，尤其是超級站的監(jiān)測項(xiàng)目遠(yuǎn)超常規(guī)6項(xiàng)污染物的監(jiān)測需求，同時以走航觀測和衛(wèi)星遙測等監(jiān)測手段為輔助，為立體化全方位分析提供支持條件。此外，大型空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商可推動大氣污染源排放清單的共享和更新以及城市或區(qū)域尺度精細(xì)化預(yù)報(bào)模式的改進(jìn)，并將以上與時俱進(jìn)的技術(shù)資源為我所用?？諝赓|(zhì)量保障的特殊性不斷促進(jìn)空氣質(zhì)量監(jiān)測、污染源排放清單和預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)的發(fā)展，而預(yù)報(bào)會商又以其獨(dú)特的號召力，將多方技術(shù)資源整合共享，為精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)會商和污染管控提供必要的基礎(chǔ)支持。

2.3 預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)精細(xì)化

空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)以數(shù)值或統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模式的預(yù)報(bào)結(jié)果為基礎(chǔ)依據(jù)，經(jīng)人工訂正后得到最終預(yù)報(bào)結(jié)果。在歷次重大活動空氣質(zhì)量保障過程中，承辦城市通常會在此關(guān)鍵時段對預(yù)報(bào)模式進(jìn)行不同程度的改進(jìn)和升級。隨著保障經(jīng)驗(yàn)的積累和對預(yù)報(bào)精細(xì)化要求的提高，承辦城市對短期預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)模擬需求不斷加強(qiáng)，主要體現(xiàn)在污染源排放清單更新、污染來源追因分析和預(yù)報(bào)效果評估等方面。以G20峰會期間杭州空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)為例，根據(jù)一系列污染減排措施進(jìn)行情景模擬，形成一套管控污染源排放清單，與基準(zhǔn)污染源排放清單同時引入模式系統(tǒng)進(jìn)行模擬預(yù)報(bào)，經(jīng)與空氣質(zhì)量實(shí)況比較分析，發(fā)現(xiàn)基于管控源清單的PM2.5日均值預(yù)報(bào)結(jié)果與監(jiān)測實(shí)況的變化趨勢和數(shù)值范圍吻合度明顯高于基準(zhǔn)源清單[2]。預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)精細(xì)化發(fā)展在獲取高準(zhǔn)確率預(yù)報(bào)結(jié)果的同時，基于污染來源追因等模擬產(chǎn)品，可總體把握影響未來空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素和程度，有利于制定有針對性、精準(zhǔn)化的污染管控措施，從而有效削減污染峰值。

2.4 重點(diǎn)關(guān)注污染物多樣化

我國大氣污染形勢在不同地域、不同時段差異性明顯，北方地區(qū)全年大部分時間以顆粒物污染為主，而南方地區(qū)夏秋季節(jié)臭氧污染更為顯著，因此導(dǎo)致不同城市、不同季節(jié)重大活動空氣質(zhì)量保障期間應(yīng)關(guān)注的首要污染物有所不同。例如，2014年11月中旬北京APEC峰會空氣質(zhì)量保障重點(diǎn)關(guān)注細(xì)顆粒物，而2016年9月初杭州G20峰會期間擴(kuò)展到臭氧和細(xì)顆粒物2種重點(diǎn)污染物，尤其是在臭氧污染管控和臭氧預(yù)報(bào)方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過若干次重大活動空氣質(zhì)量保障的實(shí)踐和探索，從以顆粒物污染管控為主，逐步發(fā)展到臭氧和顆粒物污染綜合管控，尤其在夏、秋季首要污染物趨于多樣化，對空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商提出了更高要求。

3 區(qū)域聯(lián)動預(yù)報(bào)會商經(jīng)驗(yàn)

3.1 強(qiáng)化立體化監(jiān)測網(wǎng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出的污染物變化趨勢和波動幅度對空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)具有關(guān)鍵的指導(dǎo)意義?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)類型越全面、時空分辨率越高，越能夠客觀表征實(shí)際的空氣質(zhì)量狀況。在近年重大活動空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商中不斷加強(qiáng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的重視。從主要以城市自動站空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)為主，發(fā)展到如今以城市站、區(qū)域站、背景站、交通站、超級站等多類型站點(diǎn)的綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)為主，并適時增加走航觀測、衛(wèi)星遙測、雷達(dá)探測等監(jiān)測手段，形成天地空立體化監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)[5-6]。以車載激光雷達(dá)走航觀測為例，2016年10月3日，中國環(huán)境監(jiān)測總站針對“北京-保定”傳輸通道開展了連續(xù)6 h的應(yīng)急走航觀測，以消光系數(shù)反映的氣溶膠分布變化精確捕捉到移出北京的污染氣團(tuán)逐漸消散的過程。車載激光雷達(dá)走航觀測的立體性和機(jī)動性使其在污染應(yīng)急監(jiān)測和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)中的技術(shù)支持作用日益凸顯[7]。此外，除關(guān)注《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)中的要求6項(xiàng)基本污染物外，監(jiān)測項(xiàng)目更為全面的超級站提供的大氣顆粒物組分分析、揮發(fā)性有機(jī)物、總氧化劑等關(guān)鍵監(jiān)測數(shù)據(jù)可為灰霾污染和光化學(xué)煙霧污染形勢預(yù)報(bào)提供重要參考和依據(jù)。更重要的是，區(qū)域聯(lián)動的空氣質(zhì)量監(jiān)測和預(yù)報(bào)會商還有利于推動區(qū)域性監(jiān)測數(shù)據(jù)共享和相關(guān)科研合作。

3.2 聯(lián)合多個技術(shù)組協(xié)同作業(yè)

鑒于重大活動的空氣質(zhì)量保障中污染管控措施對空氣質(zhì)量帶來的復(fù)雜性、多變性和未知性，預(yù)報(bào)會商不應(yīng)僅局限于預(yù)報(bào)員單純地對未來空氣質(zhì)量變化趨勢判斷的會商層面，而需要更全面、更深入地考慮氣象條件、污染物排放、空氣質(zhì)量實(shí)況等具體變化形式，綜合分析氣象條件可能導(dǎo)致的污染物在大氣中的物理化學(xué)變化過程以及管控措施導(dǎo)致的污染物排放量的時空變化，以此判斷上述因素對未來空氣質(zhì)量的影響程度，提高預(yù)報(bào)員客觀訂正結(jié)果的準(zhǔn)確率。因此，在重大活動空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商中，應(yīng)積極組織氣象預(yù)報(bào)組、污染源監(jiān)控組、空氣質(zhì)量監(jiān)測組和預(yù)報(bào)組協(xié)同會商，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，為空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供必要的客觀訂正參考依據(jù)。此外，專家委員會在各技術(shù)組總體匯報(bào)的基礎(chǔ)上形成最終會商意見，并基于精準(zhǔn)化預(yù)報(bào)為管理部門提供下一步污染管控建議。

3.3 建立橫縱雙向預(yù)報(bào)會商流程

重大活動空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商不可流于形式，必須建立完善的預(yù)報(bào)會商流程。在近年大型空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商中，逐漸形成橫向和縱向相互交叉的預(yù)報(bào)會商機(jī)制。以G20峰會空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商流程為例，縱向上，聯(lián)合氣象預(yù)報(bào)組、污染源監(jiān)控組、空氣質(zhì)量監(jiān)測組、預(yù)報(bào)組和專家委員會協(xié)同會商，達(dá)成最終會商意見；橫向上，更側(cè)重于預(yù)報(bào)組的內(nèi)部會商，在縱向正式會商之前首先舉行內(nèi)部討論，綜合區(qū)域尺度形勢預(yù)報(bào)、相鄰省域尺度傳輸影響預(yù)報(bào)和城市尺度精細(xì)化預(yù)報(bào)結(jié)果，先行形成預(yù)報(bào)組內(nèi)部初步會商意見。在此過程中，每日分別統(tǒng)計(jì)參與會商的多家單位預(yù)報(bào)模式中杭州市AQI預(yù)報(bào)結(jié)果，綜合比較，多方權(quán)衡，最終確定預(yù)報(bào)結(jié)論，從而有效提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。橫縱雙向的預(yù)報(bào)會商流程，有利于綜合應(yīng)用多方技術(shù)資源，發(fā)揮不同領(lǐng)域和不同角度的差異化優(yōu)勢，力求準(zhǔn)確預(yù)測未來空氣質(zhì)量變化趨勢。

3.4 提升臭氧污染預(yù)報(bào)能力

在進(jìn)行重大活動空氣質(zhì)量保障時，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)當(dāng)?shù)叵鄳?yīng)季節(jié)首要污染物的預(yù)報(bào)能力。對于我國大部地區(qū)，夏季與初秋需著重考慮臭氧污染。作為二次生成的污染物，臭氧濃度與氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物這2種前體物濃度水平密切相關(guān)。臭氧形成機(jī)制和區(qū)域傳輸影響的復(fù)雜性以及臭氧預(yù)報(bào)起步晚的特點(diǎn)，為空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商中的臭氧預(yù)報(bào)提出了更大挑戰(zhàn)。如氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物減排可能引發(fā)臭氧前體物控制區(qū)有所變化，影響臭氧濃度削減效果，對臭氧預(yù)報(bào)帶來較大的不確定性。提高臭氧預(yù)報(bào)能力，一方面應(yīng)加強(qiáng)本地臭氧污染規(guī)律分析，包括臭氧污染時空特征、NOx和VOCs控制區(qū)、氣象因素對臭氧濃度影響等，將其充分應(yīng)用到預(yù)報(bào)模式運(yùn)算和預(yù)報(bào)員客觀訂正中；另一方面應(yīng)廣泛組織臭氧預(yù)報(bào)技術(shù)交流，探討不同地區(qū)的本底水平、能源結(jié)構(gòu)和氣候特征等差異性對臭氧濃度的影響，為臭氧預(yù)報(bào)積累多方面經(jīng)驗(yàn)。

3.5 重視減排情景預(yù)報(bào)效果評估

重大活動空氣質(zhì)量保障期間臨時性污染管控為減排情景下的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供了寶貴的實(shí)踐機(jī)會，在保障期間預(yù)報(bào)會商和保障后期預(yù)報(bào)總結(jié)中均應(yīng)重視污染減排對空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)效果的影響[1,8-9]。在保障期間，應(yīng)定期評估減排情景下的預(yù)報(bào)效果，有利于及時糾正預(yù)報(bào)偏向，降低預(yù)報(bào)誤差；在保障后期，應(yīng)適時評估整個保障過程中的總體預(yù)報(bào)效果，盡可能定量化分析污染減排對空氣質(zhì)量的直接和間接影響程度，為預(yù)報(bào)員積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時也為其他地區(qū)類似重大活動空氣質(zhì)量保障污染管控和預(yù)報(bào)會商提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。以2014年APEC峰會空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)效果評估為例，根據(jù)不同級別預(yù)警減排措施，北京市設(shè)置4套情景同時進(jìn)行模擬預(yù)報(bào)，11月3—12日基準(zhǔn)情景模擬、減排情景模擬與實(shí)測結(jié)果的對比顯示，相比于基準(zhǔn)情景模擬，減排情景模擬與觀測結(jié)果的時間變化規(guī)律更為一致，數(shù)值上更為接近，尤其較好地模擬出7—10日PM2.5濃度緩慢上升后小幅波動的變化過程[1]。保障期間開展減排情景模擬預(yù)報(bào)可及時為污染管控提供精準(zhǔn)化、強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，加強(qiáng)減排情景預(yù)報(bào)效果評估有利于提高模式預(yù)報(bào)性能及預(yù)報(bào)員客觀訂正準(zhǔn)確率。

4 結(jié)論

經(jīng)過多年探索發(fā)展，預(yù)報(bào)會商已經(jīng)成為重大活動空氣質(zhì)量保障過程中的重要環(huán)節(jié)，為管理部門開展特殊時段的污染精準(zhǔn)管控提供了關(guān)鍵性的技術(shù)支撐。成熟完善的預(yù)報(bào)會商機(jī)制可有效規(guī)范重大活動期間空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)會商的開展。近年來，區(qū)域聯(lián)動的預(yù)報(bào)會商流程日益完善，技術(shù)資源整合逐步加強(qiáng)，預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)日趨精細(xì)化，重點(diǎn)關(guān)注的污染物也多樣化發(fā)展，預(yù)報(bào)會商機(jī)制不斷改進(jìn)和完善。同時，空氣質(zhì)量保障預(yù)報(bào)會商在多年實(shí)踐中積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)，如強(qiáng)化覆蓋全面的立體化監(jiān)測網(wǎng)、聯(lián)合多個技術(shù)組協(xié)同作業(yè)、建立橫縱雙向預(yù)報(bào)會商流程、提升臭氧預(yù)報(bào)能力以及重視減排情景預(yù)報(bào)效果評估等。后續(xù)開展類似重大活動空氣質(zhì)量保障的地區(qū)，可基于現(xiàn)有先行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善預(yù)報(bào)會商機(jī)制，力求以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木?xì)化空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)為管理部門制定合理有效的區(qū)域大氣污染管控措施提供有力技術(shù)依據(jù)。