城市空气质量预报方法研究综述

郭晓雷

宁夏气象服务中心，宁夏银川 750002

城市空气质量预报方法研究综述

郭晓雷

宁夏气象服务中心，宁夏银川 750002

随着城市化发展的进程和人们对居住环境的关注，城市空气质量也日益受到重视。本文在参考大量文献的基础上，总结了国内空气质量研究的发展进程和空气质量预报的主要方法，探讨了空气质量预报未来的发展趋势，并提出了个人的见解。

城市空气质量；预报；发展方向

0 引言

城市是人类的主要聚居地，也是生态系统中最为复杂的类型之一。随着世界范围内城市化的迅速发展，人们在感受到城市化带来的丰富的物质和精神生活的同时，却又不得不为面对日益严峻的生态环境。我国是一个人口大国，人口密集、交通拥挤、环境污染、绿地紧缺等问题与城市发展之间的矛盾显得愈加突出。因此，研究生态与环境问题，探讨改善城市生态环境质量的途径与对策，促进城市的生态建设与可持续发展已经成为当今社会共同关注的焦点。

1 国内研究进程

我国的环保事业起步于斯德哥尔摩“人类环境会议”之后的1973 年，而有关城市空气质量的研究起始于20世纪80年代末。当时主要的研究内容是利用城市环境观测资料和对应的气象资料，通过统计方法建立空气质量预报模型来预测城市内空气质量[1]。20世纪90年代，城市空气质量开始引起政府和民众的广泛关注，相关的研究也开始蓬勃地发展，内容涉及到改善空气质量的方法[2]、空气污染指数的分级及其计算方法[3]、城市空气质量的数值预报模型[4]。2000年开始，中国环境监测总站根据国家环境保护总局的有关要求，组织47个环境保护重点城市开展城市环境空气质量日报和预报工作，监测项目为SO2、NO2和PM10，发布形式为空气污染物指数、首要空气污染物、空气质量级别和空气质量状况。在我国城市空气质量业务开展的同时，相关的研究也开始兴起，内容主要涉及城市空气质量数据管理系统的开发与研究、城市空气质量预报的技术方法研究与预报模型、城市空气质量管理体系的监测技术及模式、城市空气质量的分布规律、影响因子及与气象条件的关系等方面。

2 空气质量预报的主要方法

2.1 统计预报方法

统计预报方法是目前国内各地普遍采用的方法。统计方法以污染物浓度观测资料和气象观测资料为基础，通过因子初选和相关性分析，应用逐步回归法、一元线性回归分析、自然正交分解、逐步回归方法等统计方法，建立大气污染预方程，方法相对简单且易于推广。

2.2 数值模式预报方法

数值模式预报具有科学性强、信息丰富等优点，是大气污染预报的发展方向。国外相关的研究早在上世纪70年代就开始开展，而国内在21世纪以后才开始系统地开展。城市空气质量预报涉及多物质、多界面、多介质、多种物理化学和生物过程，同时还需要综合考虑地貌、气象条件、污染源排放规律等诸多因素的影响。城市空气质量数值预报是一个典型的三维中尺度问题，它的基本工具是模式系统。数值预报法包括质量连续性约束条件下的风场调整模式、预报风场的数值模式和预报污染物扩散和浓度分布的欧拉平流扩散模式。该模式的预报结果与实测值基本相符，但模式系统中的某些参数化方案及污染源等方面有待于进一步改进。

3 城市空气质量研究的发展方向

3.1 与3S技术的结合

遥感技术、地理信息系统和全球定位系统三者集成的新的综合探测系统在许多领域得到了广泛的应用，在城市环境监测领域，三者的有机结合能够在很大程度上提高监测的质量。遥感技术以空间为信息获取平台，具有监测范围广、速度快、成本低，且便于进行长期的动态监测等优势，此外还能发现用常规方法往往难以揭示的污染源及其扩散的状态。通过转换，遥感技术可以用直观的形象来真实的现实地貌形态，再配合以地面同步观测、采样，就可在宏观信息和微观主份的结合上提高监测的质量。地理信息系统一方面是一个计算机系统，另一方面它处理的数据是地理空间位置数据及其与之相关的信息。全球定位系统是利用多颗导航卫星的无线电信号，对地球表面某地点进行定位、报时或对地表移动物体进行导航的技术系统。通过地理信息系统和全球地位系统，我们可以准确标定各种观测目标和发生的实际地理位置，建立对地观测动态数据库，从而更好的进行城市环境监测。

3.2 与计算机科学联系的日益紧密

无论是统计预报方法，还是数值模式预报方法，都需要进行大量的基础数据处理、数学运算等工作，计算机科学无疑为这些工作提供了简捷、高效的方法和技术，再结合Internet技术，可以实现对城市中各监测子站的环境空气质量状况信息的远程实时传输和对监测仪器的运行情况的远程监控，进而可实现对整个城市环境空气质量状况及监测仪器运行状况的实时分析、监控、报警和预警，为及时采取必要的应急措施提供决策支持。

3.3 与其它新技术的结合

随着科学技术的发展，新技术、新仪器、新设备不断涌现，必将为开展城市空气质量研究提供技术储备和先进环境监测仪器设备，这将有利于更好地掌握城市空气质量现状和发展态势，为国家的环保决策、环境安全、实现可持续发展战略提供科学依据。

4 讨论

1）统计预报方法是目前国内普遍采用的方法，各地应利用本地的实测资料对引进的统计模型进行订正，并且随着城市的发展、气候的变化等，要重视对本地化模型的相关参数进行订正，以取得最佳的预报结果；

2）除了气象因子，工业发展、下垫面因素等对城市空气质量也有很大影响，应该把这些因子的改变带来的影响加以考虑；

3）随着精细化气象预报业务的开展，结合3S技术，城市空气质量预报的精细化程度有望得到进一步提高。

[1]杨伟民.城市空气质量预测模型研究[J].上海环境科学，1991，10(4)：13-16.

[2]徐大海.改善城市空气质量的研究[J].城市环境与城市生态，1994，7(3)：11-15.

[3]盛玉波.浅谈城市空气质量周报的预报方法[J].河南城建高专学报，1998，7(3)：36-37.

[4]盛立芳，吴增茂，秦曾灏.城市空气质量数值预报的不确定性与可预报性[J].青岛海洋大学学报，1999，29(4)：575-580.

[5]周志林，吴宇光.城市空气质量数据管理系统的开发与研究[J].环境保护，2000，1：33-34.

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1674-6708（2011）48-0014-02

郭晓雷，应用气象助理工程师，主要从事应用气象、城市环境等业务与研究