全国环境气象预报业务发展研究

刘慧+张志刚+张恒德

摘要：指出了大气污染及其防治问题异常严峻，气象部门是大气环境观测监测、预报预警、评估服务的主体部门，发展好环境气象业务是新的经济社会条件下政府和公众对气象部门的新期待。分析了气象预报业务中存在的问题，并针对这些问题提出了相应的对策措施。

关键词：环境气象； 预报； 发展

中图分类号：P45

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0007-04

1 引言

当前，我国大气污染形势严峻，党中央、国务院和社会各界对大气环境的关注度日益增加。党的“十八大”首次将生态文明建设摆在中国特色社会主义总体布局的高度来论述，国务院也随后出台了《大气污染防治行动计划》，对大气污染防治给出了详细的治理蓝图[1]。气象部门是生态文明建设中的基础型、公共性和科技型力量，为适应形势需求，2013年中国气象局印发《环境气象业务发展指导意见》，首次全面性、系统性阐述了环境气象的业务体系和科学内涵。发展好环境气象业务是经济发展新常态下政府和公众对气象部门的新期待，作为环境气象业务的基础工作，建成集约化、标准化的环境气象预报体系，提供更为准确、精细的环境气象预报产品，是气象部门的当务之急[2，3]。

环境气象是气象学和环境学的交叉学科，其研究的最终目的是服务人的健康与社会发展，从环境气象业务开展的实际情况来看，现阶段环境气象业务定位是关注与人类活动、人民健康密切相关的大气环境质量问题[3，4]。依据《环境气象业务发展指导意见》，环境气象预报业务主要包括大气环境（霾、沙尘、空气污染气象条件、空气质量、光化学烟雾）预报预警、生活指数预报、健康气象预报、突发环境气象应急预报预警等，笔者就以上环境气象预报相关问题展开讨论[1]。

2 环境气象预报业务发展现状

2.1 顶层设计

1999年中国气象局印发《关于加快环境气象服务业务发展的意见》（中气预发[1999]30号），明确了到2005年环境气象的发展目标与服务领域。2000年《气象法》发布施行，明确提出气象部门发布城市环境气象预报的职责。环境气象业务在这一文件一法的指导下得到较大发展，2004年以后大气成分观测与服务业务的发展进一步丰富了环境气象业务的内涵。2013年中国气象局印发《环境气象业务发展指导意见》，从现状分析、发展目标、主要任务、技术支撑、业务布局业务流程、保障措施六大部分提出了到2015年建成具有国家、省（区、市）、地（市）、县（市）布局的环境气象预报业务体系。

2.2 业务体系

为加强环境气象业务组织管理，2014年中国气象局在国家级层面整合了环境气象业务资源，以国家气象中心为基础组建了中国气象局环境气象中心，承担国家级环境气象预报预警业务的组织实施；京津冀、长三角和珠三角环境气象预报预警中心也相继组建；各省（区、市）气象局也按要求相继开展了环境气象预报业务，气象部门搭建起以关键区域为重点的集约化、协作化环境气象预报业务体系[2]。

2.3 业务布局和业务流程

目前，在全国范围内开展了包括雾、霾、能见度、沙尘、空气污染气象条件、空气质量指数、重污染天气、生活指数、突发环境气象应急等在内的环境气象预报业务，发布相关预报预警产品，特别是针对重点区域开展了重污染天气预警业务。初步建立了国家级技术指导、区域级技术支持、省级订正预报、市县级解释应用的环境气象预报业务流程，初步建立了全国环境气象预报会商机制，环境气象预报业务逐步规范化和流程化[2，5]。

2.4 科技支撑

环境气象预报是发展中的新业务，相较于天气预报业务，其预报技术和预报方法还处于不断探索和发展的阶段。

2.4.1 环境气象数值预报研究

中国气象局自主研发了环境气象模式系统（CUACE/Haze-Fog），该模式是以中尺度天气模式MM5在线耦合化学天气模式CUACE，具备大气污染物浓度、污染指数、污染浓度分布以及雾霾、沙尘暴的预报能力。国家级运行的HYSPLIT扩散模式为重大或突发环境气象事件气象应急预报业务提供重要支撑。区域气象中心通过引进国外模式系统（WRF-CHEM、CMAQ等），耦合区域中尺度模式，本地化后建立了区域高分辨率环境气象模式系统。截至目前，华北、华东、华南、东北和华中五个区域中心都相继建立了区域环境气象数值预报系统，为区域内各省（区、市）环境气象预报提供了重要的技术手段和科技支撑[2]。

2.4.2 环境气象预报方法研究

现阶段环境气象预报方法主要是以环境气象模式产品的解释应用为主，对环境气象的模式产品进行开发和加工，以模式系统客观生成站点和格点的能见度、污染物浓度、气象要素等预报值，根据历史资料、实况和天气形势，结合天气概念模型和统计释用技术，形成雾、霾、沙尘、能见度、空气污染气象条件、空气质量的客观预报产品[2]。

2.5 环境气象预报业务标准规范

标准规范是衡量一个业务成熟与否的重要标志，近年来，特别是《环境气象业务发展指导意见》出台后，气象部门相继发布了一系列环境气象预报业务管理文件及相关标准、规范，形成了基本的业务管理基础。目前，已印发相关的标准和规范20余项。

2.6 部门合作

环保部门是大气环境监测和保护的行政管理职能部门，气象部门是大气环境观测监测、预报预警、评估服务的主体部门，2001年环保部和气象局共同开展了全国重点城市空气质量预报，向公众发布环境质量信息服务，2013年环保部空气质量等级新国标出台后此项工作暂停。为贯彻落实《大气污染防治计划》，2013年环保部和气象局共同印发了《京津冀及周边地区重污染天气监测预警方案（试行）》，强化了重污染天气的监测预警和联防联动[6]。

3 环境气象预报业务存在的问题

3.1 环境气象观测站网建设及观测数据质量不能满足预报业务需求

中国气象局环境气象观测早期主要面向应对气候变化和大气成分环境影响，其设计和站址选择主要侧重于偏远乡村和清洁背景地区。近年来，虽相继建设了针对霾等天气的环境气象观测站网，但数量和监测内容上，存在覆盖不足、分布不均的问题；对于霾高发区、敏感区及污染物输送通道的观测能力不足；针对大气成分观测项目急需完善。随着站网建设规模扩展，站网支撑保障能力显现不足；观测数据的连续性、完整性和可靠性也需要进一步加强，数据质量有待提高[4]。

3.2 环境气象预报业务组织管理体系有待完善

现阶段国家级和重点区域通过资源整合和优势互补建立了专业化的环境气象中心，但由于中心成员分散在多个业务单位，“小实体、大网络”的常态化协作机制还需要进一步完善；省级和省以下环境气象预报业务责任主体尚不明确，环境气象归口管理单位、业务承担单位与国家级不一致，业务对接存在着运行不畅的现象，一定程度上制约了环境气象预报能力的提升。

3.3 环境气象预报业务布局和业务流程有待优化

作为一项新开展业务，环境气象业务发展整体设计和分步实施不够，环境气象预报在全国业务布局中存在分工不够合理、职责不够明确、流程不够规范、业务不够集约的现象。各级之间重复建设，特别是区域级环境气象预报预警中心，其业务分工和定位还不够清晰，和国家级、省级的界定还需进一步明确；环境气象预报业务各环节业务流程、产品统一规范和标准都还亟待完善。

3.4 预报技术和科技支撑有待加强

环境模式研发应用还处在起步研发阶段，对于模式中理化过程以及相互作用的机理认识还不够深入；化学模式和天气模式的耦合发展还需加强；污染源排放信息基础数据和动态更新技术还比较薄弱；以致环境数值预报产品的精确性、准确率和指导性还稍显不足。全国环境气象模式产品缺乏统一的检验评估。大气污染天气学机理认识还有待深入，预报技术方法及经验还较为缺乏；各项预报尚处于起步阶段，技术储备薄弱，准确率有待提高。

3.5 业务平台、标准体系有待建立

相较于成熟的天气业务，现阶段尚未建成国家、省、市（县）一体化环境气象业务平台，环境气象从监测、分析、预报到产品展示缺乏统一的规范和流程，不利于业务的深入开展。环境气象预报业务标准化体系不够完善，标准制定相对滞后，项目偏少且系统性、协调性不足，与外部门国标衔接不衔接，还没有对业务、服务及科研产生应有的支撑、保障和引领作用。

3.6 部门合作有待加强

近年来气象与环保部门在大气环境领域工作存在交叉，环保部门越来越重视大气环境综合治理，但与气象部门的合作有不断弱化趋势。特别是环保部空气质量等级新国标出台后，环保部和中国气象局不再联合发布空气质量预报。现阶段两部门之间尚未建立实时、稳定和可靠的数据交换共享渠道，影响重污染天气预警和空气质量预报业务的开展[6]。

4 环境气象预报业务建设对策措施

按照集约高效、协调发展的要求，加快推进全国环境气象预报业务建设，将环境气象预报业务融入全国天气预报业务的总体布局中。环境气象预报业务建设重在形成分工合理的业务布局、建立集约科学的业务流程，突破环境气象的关键技术，建立切实有效的运行机制，促进环境气象业务标准化、规范化建设，真正做到预报产品的精准化、业务流程的合理化、管理手段的科学化，实现环境气象部门职能与社会化需求的有机衔接。

4.1 形成分工合理的业务布局

集约高效的业务管理布局和运行机制是气象预报服务有序开展的必要前提，在现有的环境气象预报业务布局的基础上，要进一步强化国家级和区域级气象业务机构的技术指导能力，强化省级气象机构的综合业务服务能力，强化市（县）级气象机构的特色服务能力。

国家级：负责开展国家级环境气象预报预警业务；承担全国重大或突发环境气象事件的应急响应预报预警业务，承担WMO亚洲沙尘暴区域预警中心业务；负责国家级环境气象数值预报业务系统的研发改进、业务应用和检验评估；负责全国环境气象预报预警的工作组织、信息共享、业务指导、产品支持和技术支撑。

区域中心：负责区域环境气象数值预报业务系统的研发改进和业务应用；开展区域级环境气象预报预警业务，承担区域性重大或突发环境气象事件的应急响应预报预警业务；负责对国家级指导产品进行检验、订正和应用评估。负责区域内环境气象预报预警的信息共享、业务指导、产品支持和技术支撑。

省级：负责开展本省环境气象预报预警业务；负责开展重大或突发环境气象事件的应急响应预报预警业务；开展环境气象预报质量检验业务；为下级气象部门提供指导产品和技术支持。

地县级：负责基于上级指导产品，结合本地观测资料和地理环境，制作本地环境气象预报预警产品。

4.2 完善科学化集约化的业务流程

在现有的国家、区域、省、地县四级环境气象预报业务流程基础上，进一步完善环境气象业务产品的发布和上报流程，上级环境气象业务单位按时下发环境气象预报预警业务指导产品；下级环境气象业务单位结合本地特点和实际需求，制作本地环境气象业务产品，对上级产品的订正意见进行反馈，并按时上传本地环境气象业务产品。逐步建立国家级和省级气象部门环境气象预报产品上传下发、上级指导、下级补充订正的集约化业务流程。

4.2.1 国家级业务

（1）制作发布全国环境气象主观和客观（站点和落区）指导预报产品；

（2）接收省级气象部门上传的经过订正以后的环境气象预报产品；

（3）组织有关区域重污染天气联防预警会商，制作发布相关预报预警产品。

4.2.2 区域中心业务

（1）制作发布区域内各省（精细到地市或县）的指导预报产品；

（2）组织区域内重污染天气联防预警会商，制作发布相关预报预警产品。制作发布区域性污染预报预警等产品，与国家级和区域内各省建立信息共享和应急联动机制；

（3）接收区域内各省上传的环境气象预报产品，制作区域级环境气象预报产品并实现区域内共享；

（4）向国家级上传环境气象数值预报产品。

4.2.3 省级业务

（1）基于国家、区域级下发指导产品和环境气象观测实况，制作发布本省（精细到县）环境气象预报指导产品；

（2）向国家级和区域级上传订正后的环境气象预报产品；

（3）配合区域中心做好区域性大气污染联防联动。

4.2.4 地县级业务

基于省级环境气象指导预报产品和环境气象观测实况开展预报服务工作。

4.3 加强环境气象观测能力建设

在现有的环境气象观测站网基础上，从满足霾、空气质量以及重污染天气预报预警业务角度出发，针对污染多发区、污染输送通道、人口稠密区加强观测，科学设置站网布局，进一步完善环境气象观测项目，加强与环境气象有关的反应性气体等观测。加强仪器标校、维修保障能力建设，加强观测数据质量保证与质量控制体系建设，提升数据的准确率和可靠性。

4.4 科技引领，大力提升环境气象模式水平和预报技术

国家级推动基于自主研发的GRAPES的环境气象数值模式的研发改进和业务应用；加强区域环境气象数值模式的本地化改进和应用。更新我国不同分辨率气溶胶及排放源清单；改进气溶胶及气态化学机理，优化模式方案；改进资料同化技术；加强模式产品的解释应用，实现对多种环境要素的预报能力，提高模式的精细化预报水平。开展多模式（CUACE、CMAQ、Wrf-Chem）的检验评估，促进模式系统的改进和完善。

开展污染天气分析研究，从历史资料中提取不同类型污染天气过程，进行统计分析，确定量化指标和标准，制定污染天气分析规范；总结和提炼典型天气学特征，构建天气概念模型；进一步加强重污染天气的形成机理、静稳天气客观识别、污染物迁移规律以及污染调控预警气象条件研究，研发污染天气过程的指标；提高环境气象模式的释用能力，开发对预报有指示意义的混合层高度、小风区、空气滞留区等预报产品，提升预报业务指导能力。

4.5 建设集约化全国环境气象分析预报平台

有序、高效、内容丰富的业务平台是业务发展的有力支撑，基于气象信息综合分析处理平台（MICAPS）和全国综合气象信息共享系统（CIMISS）构建全国统一的环境气象预报分析平台，具备观测和数值模式预报结果的显示、特征物理量的诊断、影响天气系统的分析、预报产品制作和发布等功能。平台能够实现气象数据、环境气象观测数据和数值预报产品的综合显示，为环境气象的监测分析和产品制作提供支持。

4.6 夯实环境气象预报业务标准规范基础

标准、规范是则是业务发展的重要保障。下一步要推动环境气象预报业务相关法规、标准、业务规定和技术规范建设制定，完善配套规章。加快已立项环境气象预报相关标准的制修订步伐，制定统一环境气象预报产品技术规范，对环境气象预报产品内容、产品表现形式等进行统一规范。

4.7 建立健全有效的业务运行和保障机制

4.7.1 改革完善省级单位机构，完善运行机制

按照环境气象预报业务服务运行有机衔接、相互支撑的要求，完善国家级环境气象“小实体、大网络”的运行机制和区域环境气象协同发展机制，实现上下衔接、左右协调，区域协作。合理设置省级环境气象预报业务机构的工作职责和岗位分工，建立和完善相应的运行管理机制，真正做到国家级省级上下联动、集约高效的发展格局。

4.7.2 建立开放合作机制，推动环境气象预报业务深入发展

积极开展多形式、多渠道、多层次、全方位的交流与合作。各级气象部门应根据环境气象跨部门跨学科的特点，大力加强与环保、卫生等部门以及各种媒体的合作，在环境气象监测、信息资源共享、预报预警联动等方面建立部门间协作体系，积极探索有关合作机制，本着“积极参与，共同发布”的原则，力争在空气质量预报合作方面取得进展和突破。加强与科研院所之间的合作，联合开展环境预报关键技术攻关，推动我国环境气象预报业务发展。

5 结语

随着气象科技的发展和社会需求的不断增长，环境气象预报业务发展迅速，已经形成了一定的业务布局、业务流程和技术支撑体系，并在业务服务中发挥了重要的作用。国家推进生态文明建设的力度不断加大，应对了资源环境、公共卫生、气候变化等问题，被党中央列为国家科技创新的重点领域。面对环境气象预报服务需求的快速增长，形成分工合理的业务布局，建立集约科学的业务流程，突破环境气象的关键技术，建立切实有效的运行机制，促进环境气象业务标准化、规范化建设，是未来环境气象预报业务发展的重点。

参考文献：

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