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我國(guó)三位科學(xué)家打造空氣質(zhì)量系統(tǒng)預(yù)報(bào)
點(diǎn)擊次數(shù)：590 發(fā)布時(shí)間：2014-9-17
導(dǎo)讀：今年6月，中國(guó)*由科學(xué)家自行開(kāi)發(fā)的全國(guó)空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)——“矮馬預(yù)報(bào)”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)矮馬）正式上線(xiàn)。
作為一個(gè)承諾*的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)發(fā)布平臺(tái)，在時(shí)、空兩個(gè)維度，矮馬都為公眾傳達(dá)出更多新鮮信息。時(shí)間上，矮馬可以提供全國(guó)重點(diǎn)城市未來(lái)5天的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)；空間上，矮馬分四大重點(diǎn)區(qū)域發(fā)布，同時(shí)號(hào)稱(chēng)“覆蓋了全中國(guó)每一寸土地”。
3個(gè)科學(xué)家走出“象牙塔”的作品
在矮馬的空氣質(zhì)量數(shù)值發(fā)布頁(yè)面，除提供當(dāng)日AQI（空氣質(zhì)量指數(shù)）和要污染物外，矮馬還提供臭氧日z大八小時(shí)濃度、PM2.5日均濃度、z低能見(jiàn)度、平均濕度、降水、z大混合層高、z高氣溫、z低氣溫、平均風(fēng)速、z多風(fēng)向等10項(xiàng)預(yù)報(bào)指標(biāo)。
“基于流量和容量限制，目前我們僅能將與普通公眾密切相關(guān)的一部分信息上線(xiàn)，比如空間分布圖和重點(diǎn)城市預(yù)報(bào)。實(shí)際上，還有很多別的對(duì)普通公眾有用的信息，比如風(fēng)景名勝區(qū)的預(yù)報(bào)，我們也可以并愿意在條件成熟時(shí)發(fā)布出來(lái)。”胡泳濤表示。
矮馬團(tuán)隊(duì)的3位，全部畢業(yè)于或任職于北京大學(xué)。
50歲的謝紹東現(xiàn)為北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授；42歲的雪松現(xiàn)為該院副教授。44歲的胡泳濤，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)博士，現(xiàn)為美國(guó)佐治亞理工學(xué)院研究科學(xué)家。
這個(gè)由3位科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，分工根據(jù)各人研究方向而定——胡泳濤和雪松主要從事空氣質(zhì)量模式開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，謝紹東的專(zhuān)長(zhǎng)之一則是污染源排放估算和預(yù)測(cè)。
在胡泳濤看來(lái)，“從事工程科學(xué)的人老呆在象牙塔里，是不可理喻的”。
“環(huán)境科學(xué)與工程這個(gè)學(xué)科，本身就是一個(gè)應(yīng)用學(xué)科，是直接面向解決環(huán)境中的各種問(wèn)題的。對(duì)這個(gè)學(xué)科的執(zhí)業(yè)者來(lái)說(shuō)，z高的成就就是解決具體的環(huán)境問(wèn)題。”他說(shuō)。
2010年至2011年期間，胡泳濤為深圳市人居委開(kāi)發(fā)了用于支持深圳大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)的深圳市空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)。在這一過(guò)程中，他生出頗多感觸。在與謝、充分交流后，“開(kāi)發(fā)一個(gè)全國(guó)性的空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布”被提上執(zhí)行日程。
“開(kāi)發(fā)矮馬預(yù)報(bào)先要彌補(bǔ)的就是這樣一個(gè)缺憾，矮馬預(yù)報(bào)是自始至終長(zhǎng)期維護(hù)的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，將始終自我維護(hù)和更新。”胡泳濤道。
作為“第三方立預(yù)報(bào)”，胡泳濤認(rèn)為，矮馬的立性主要表現(xiàn)在兩方面。
“先是技術(shù)手段的立性，這種立性提供了科學(xué)上的多樣性。其次，我們不依附于任何組織和機(jī)構(gòu)，我們賴(lài)以生存的基礎(chǔ)是預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。這后一種立性的意義更為遠(yuǎn)大，是我們提供矮馬預(yù)報(bào)或者類(lèi)似產(chǎn)品的根本理由，亦是矮馬后續(xù)成長(zhǎng)過(guò)程中z需要保持的。”
學(xué)術(shù)力量嘗試全國(guó)性空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)
目前，矮馬可以提供全國(guó)171個(gè)城市未來(lái)5天的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)。在矮馬的“發(fā)布”欄下，展示了全國(guó)及四個(gè)主要區(qū)域的空氣質(zhì)量態(tài)勢(shì)圖。同時(shí)，還可點(diǎn)擊“啟動(dòng)動(dòng)畫(huà)”按鈕，進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示。
一個(gè)全國(guó)范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在多年來(lái)一直為各級(jí)政府建言獻(xiàn)策的謝紹東看來(lái)，意義重大。
“了解全國(guó)范圍空氣質(zhì)量未來(lái)幾天的發(fā)展變化，對(duì)于做好城市和地區(qū)的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)是非常有幫助的。比如，北京做自己的預(yù)報(bào)，周邊怎樣變化不管，有了全國(guó)性的態(tài)勢(shì)圖，一看就知道，有時(shí)候即使北京空氣不錯(cuò)，但從南邊吹來(lái)的污染物還是會(huì)讓市內(nèi)空氣變差。”他說(shuō)。
“過(guò)去近20年時(shí)間里，我國(guó)大氣污染的征發(fā)生了顯著變化。以往的城市空氣污染在很多地方，已經(jīng)變成了區(qū)域性污染的一部分。處在這樣的污染區(qū)域里，一個(gè)單的地區(qū)往往很難善其身。PM2.5通過(guò)大氣輸送會(huì)對(duì)幾百至上千公里范圍的空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響。”雪松說(shuō)。區(qū)域型大氣復(fù)合污染，是他的研究方向之一。
除“全國(guó)空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)”，矮馬還重點(diǎn)預(yù)報(bào)京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角和成渝四大區(qū)域。矮馬能夠預(yù)報(bào)空氣質(zhì)量，源于其采用的“區(qū)域多尺度空氣質(zhì)量模型CMAQ”。
對(duì)于這個(gè)目前在上被廣泛采用的模型，胡泳濤介紹道：“空氣質(zhì)量模型，包括CMAQ，一般把要模擬區(qū)域上空的大氣層，從地面開(kāi)始往上到接近20公里的高度，分成厚度不等的若干層，越接近地面，層厚越小。同時(shí)也在水平方向上，將區(qū)域分隔成成千上萬(wàn)個(gè)相同大小的方格子?？諝赓|(zhì)量模型就是針對(duì)每個(gè)這樣的盒子來(lái)計(jì)算空氣污染物濃度的。”
使用邊長(zhǎng)12公里的方格子，矮馬的預(yù)報(bào)產(chǎn)品覆蓋了全中國(guó)，包括港澳臺(tái)地區(qū)。
“為了更方便公眾理解，我們單把重點(diǎn)城市的預(yù)報(bào)數(shù)值提取出來(lái)展示。”胡泳濤說(shuō)。
z緊要的是建立一份污染物源排放清單
空氣質(zhì)量的預(yù)測(cè)誤差，據(jù)胡泳濤介紹，主要由3方面因素造成。分別是：氣象條件的預(yù)測(cè)誤差，源排放量的估算和預(yù)測(cè)誤差以及空氣質(zhì)量模式的理論描述誤差。
其中，氣象條件的預(yù)測(cè)誤差對(duì)于空氣質(zhì)量模式的預(yù)測(cè)影響z大。
“如果天氣預(yù)報(bào)錯(cuò)了，空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)肯定是錯(cuò)的。”謝紹東說(shuō)。
目前，7天內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)數(shù)值結(jié)果較為可靠，矮馬便將空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的時(shí)間跨度定為略短一些的5天。
在氣象要素預(yù)測(cè)相對(duì)較好的情況下，源排放的不確定性成為主要問(wèn)題。“任何地方的空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)都需要準(zhǔn)確和完整的源排放清單，美國(guó)也不例外。在中國(guó)，源清單的編制存在很多問(wèn)題。”胡泳濤說(shuō)。
從2000年原環(huán)?？偩职l(fā)布《關(guān)于開(kāi)展環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)工作的通知》，再到2013年國(guó)務(wù)院印發(fā)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，全國(guó)性的空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，一直進(jìn)展緩慢。
這與全國(guó)空氣污染物源排放清單的缺失有著很大關(guān)系。
雖然國(guó)內(nèi)外一些研究機(jī)構(gòu)都曾編制覆蓋中國(guó)或涉及中國(guó)部分地區(qū)的大氣污染物源排放清單，但目前尚無(wú)政府主導(dǎo)的、公開(kāi)的全國(guó)性空氣污染物源排放清單。
建立尺度的大氣PM2.5數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)模式，也一直是一些大氣環(huán)境專(zhuān)家們呼吁的。
確定搭建矮馬平臺(tái)后，3位科學(xué)家先要做的，同樣是建立清單。這份“民間版本的全國(guó)空氣污染物源排放清單”的構(gòu)建，成為起步階段z艱難、繁瑣、細(xì)致的工作。
“艱難在于獲取用于估算源排放量和排放征的基礎(chǔ)能源、交通、經(jīng)濟(jì)、企業(yè)活動(dòng)、地理信息等的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；繁瑣在于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)量大，而質(zhì)上又良莠不齊；細(xì)致在于方方面面必須全部照顧到，缺一不可。”胡泳濤說(shuō)。
制作清單，矮馬團(tuán)隊(duì)綜合了研究成果和各自研究工作的積累，歷時(shí)兩年多。
在“矮馬博客”中，一篇名為“什么是源排放清單”的文章作了十分詳盡的介紹與說(shuō)明。其中提到：“一份完整的源排放清單要窮盡所有源排放種類(lèi)。”然而，這份清單并非靜態(tài)，需要隨時(shí)更新。“比如控制政策的執(zhí)行、工廠的搬遷、發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。”胡泳濤說(shuō)。
“實(shí)際操作上很難窮盡所有的排放源。”雪松同樣表示，“清單的編制會(huì)考慮各類(lèi)源的點(diǎn)和影響的重要性，結(jié)合資料的獲取情況，在具體處理上有所區(qū)別。”
今年7月上旬，環(huán)保部公布了城市揚(yáng)塵源、道路機(jī)動(dòng)車(chē)、生物質(zhì)燃燒源等5類(lèi)涉及大氣污染物的排放源清單編制技術(shù)指南（試行）的征求意見(jiàn)稿。該指南將為日后編制大氣污染源排放清單提供。
謝紹東負(fù)責(zé)撰寫(xiě)“揮發(fā)性有機(jī)物”部分。“究竟是哪些源排放對(duì)空氣造成了污染，現(xiàn)在我們還說(shuō)不上來(lái)，數(shù)據(jù)也還沒(méi)有。這份指南就是要指導(dǎo)全國(guó)各地的相關(guān)人員去做這件事情。”
在胡泳濤看來(lái)，從層面上“編制、維護(hù)和共享一個(gè)全國(guó)的空氣污染物源排放清單并定期更新”，是z為緊要的。同時(shí)，還應(yīng)“將全國(guó)范圍的實(shí)測(cè)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)（小時(shí)數(shù)據(jù)）在經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制后公開(kāi)發(fā)布”。
“我個(gè)人認(rèn)為，這兩點(diǎn)如果做不到，將是空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)進(jìn)行預(yù)報(bào)評(píng)估并提高預(yù)報(bào)性能的z大障礙和困難，同時(shí)這也是阻礙整個(gè)灰霾相關(guān)科學(xué)研究健康發(fā)展的z大因素。”他說(shuō)。
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