漳州市区空气质量等级预警预报技术研究*

李招连 杨德南 洪国平



漳州市区空气质量等级预警预报技术研究*

李招连 杨德南 洪国平

漳州市气象局

通过阐述漳州市区空气质量预报预警思路及其算法技术原理，介绍漳州市区空气质量等级预警预报系统建设情况，分析了空气质量预警预报系统实际应用中存在的问题，提出了相应的解决措施。

空气质量等级 模式检验 预警预报 漳州市

近年来，我国常发生长时间大范围的雾霾天气过程，京津翼区域大气污染最为严重，多次出现连续重污染天气。统计漳州市区1981—2010年霾日数的分布特征发现，漳州市1981—1990年霾总日数只有13d，1991—2000年霾总日数增加到329d，2001—2010年霾总日数则有1051d，霾日数在2001—2010年间出现了爆发性的增长。空气质量不断恶化已经引起漳州市政府和公众高度关注，2015年1月1日，漳州市气象局与漳州市环保局正式合作开展空气质量预报预警服务。本文通过阐述漳州市区空气质量预报预警思路及其算法技术原理，介绍漳州市区空气质量等级预警预报系统建设情况，以及进行市区空气质量预警预报应用的情况，为漳州市预测、控制和治理大气污染提供科学、合理的理论依据。

1 漳州市区空气质量预报预警思路及建议

1.1 气象和环保数据处理

数据来源于漳州市气象局与漳州市环保局。空气质量调查数据包括空气质量监测点（蓝田、三中、九湖）调查数据、SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10和AQI实况数据等；气象数据包括漳州180多个区域气象自动站的气象观测数据、气象云图、多普勒雷达、气象预报场等资料。

1.2 漳州市区空气质量预报预警思路

漳州市开展空气质量预报预警采用的是气象要素配料法。根据漳州市区地理环境背景条件和气象条件规律，利用漳州市区空气污染气象条件判据指标，多指标叠套的空气污染气象条件客观预报方法，集成空气污染气象条件客观预报技术，选取特定参数，自动客观计算未来24h的漳州市区空气污染气象条件等级、空气质量等级、首要污染物和AQI 区间。主要的市区空气质量预报预警思路如下。

首先，根据漳州市气象局和漳州市环保局的历史数据库（2012－2016年环境与气象数据库资料）分类。分季节，3～6月为春季、7～9月为夏季、10～11月为秋季和12～2月为冬季；气象预报场分天气形势，冷高压脊、高压底部、高压后部、锋前暖区、切变与高空槽、地面倒槽、副热带高压及其边缘、台风（热带辐合带）及其外围。

其次，主要实现气象要素场配置和边界层扩散能力计算。气象要素场配置主要是读取气象A报，用当天08时实况减去昨天08时实况，得到风向风速、气压、温度、相对湿度、降水量6种气象要素24h变化量，并显示这6个值的大小。计算粗理查逊数；利用micaps目录下的Tln-P资料，实现边界层扩散能力计算。

最后，针对6种主要的空气质量污染物，建立相应的多元回归方程。将有关数据输入SPSS统计软件，调用，即可建立多元回归方程，放入系统内，可实现输入实况值，输出预报值。

漳州市气象台根据监测数据、气象预报情况，对系统客观预报结论进行直观订正，得到漳州市区空气质量污染等级，并发布相应的风险建议和采取应对措施。

1.3 漳州市区空气质量污染等级及建议

根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633—2012）规定，空气污染指数划分为0～50、51～100、101～150、151～200、201～300和>300六档，对应于空气质量的六个级别，主要大气污染的影响和建议如表1所示，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。当漳州市区出现连续两天轻度或一天中度以上污染时，自动启动系统部门联合会商机制，气象、环保部门联合签发城市空气质量等级预警预报产品。

表1 大气污染的影响和建议

2 漳州市区空气质量等级预警预报系统设计思路及其构成

2.1 系统设计总体思路

该系统采用B/S三层体系架构，系统网络架构如图1所示，实现统一部署和发布，省市县三级气象和环保部门的共享应用，免客户端安装。系统利用WebGIS技术，展示气象、环保监测预警预报信息，精确定位气象自动观测站、环保空气质量监测点等信息。

图1 系统网络架构图

2.2 主要功能模块

该系统是一个多功能综合平台，实现气象、环保监测数据共享、空气质量等级自动预报预警、空气质量气象产品制作、部门联合会商等功能。系统登陆主界面见图2，气象部门访问内网，环保部门及用户访问外网。数据共享环保模块（图3）能展示环保监测站的SO2、NO2、CO、O3、PM2.5、PM10和AQI实况数据。数据共享气象模块（图4）能展示气象温度、风情、能见度、气压、雨量等实况数据。空气质量等级自动预报预警模块（图5）每天16时自动预报预警未来3d漳州市区空气质量等级，同时显示河流、乡镇基本地理信息，实现地理信息的放大、缩小和拖放功能。空气质量气象产品制作、部门联合会商根据气象条件情况对空气质量气象产品进行人工订正，每天对外发布未来24h的漳州市区空气污染气象条件等级、空气质量等级、首要污染物和AQI 区间；当出现连续两天轻度或一天中度以上污染时，自动启动系统部门联合会商机制，气象、环保部门联合签发城市空气质量等级预警预报产品并对外发布。

图2 系统登陆界面

图3 环保实况监测数据

图4 气象实况监测数据

图5 空气质量等级预报预警

3 空气质量预报应用中存在的问题及解决措施

3.1 环保实况监测数据入库问题

漳州市区空气质量等级预警预报系统采用B/S服务架构，有利于内外用户共享数据。环保实况监测点数据作为每天16时空气质量等级预报条件之一，环保空气质量监测点常因网络问题导致数据传输不及时无法入库，进而影响当天的空气质量预报。

由于双机双网络备份传输能解决入库问题，但因经费有限暂未考虑。为此，该系统采用邮件传递方式解决数据入库问题，市环境监测站按约定的环保数据格式制作一份上一天实况监测数据EXCEL表，每天15时发送到市气象台指定邮箱，系统每天15时30分自动判断环保实况监测数据是否入库，若未入库，则调用邮箱数据入库。

3.2 空气质量预报质量问题

空气质量预报模式是一种理想模型，即未考虑下垫面影响，若下垫面变化较大，空气质量预报的误差率会较大。下垫面主要影响有工厂废气、汽车尾气、施工扬尘、道路扬尘等，这些因素对空气质量的影响较大而且影响常不定时。

气象部门联合环保部门开展下垫面影响因子研究，确定不同下垫面因子影响系数。当出现连续两天轻度或一天中度以上污染时，自动启动系统部门联合会商机制，通过部门会商将下垫面影响考虑到空气质量预报中，以减少误差率，并对外联合发布主观空气质量预报及应急措施。

4 漳州市区空气质量等级预警预报系统服务效果

漳州市气象局、漳州市环保局、漳州市科技局联合开发的“漳州市区空气质量等级预警预报系统”2015年1月1日运行以来，每天通过漳州电视台《天气预报》栏目联合发布市区空气质量情况，为市政府提供及时准确的市区空气质量等级预报预警决策服务，得到市政府、市环保局领导的高度评价。

5 结束语

当前，漳州市因地形构造、环保监测站点地理位置不够合理、环保监测站点较少等原因，导致漳州市区成为福建省空气质量污染较严重区域之一。开展漳州市区空气质量等级预警预报技术研究，有利于建立健全漳州市区大气重污染监测、预报、预警和应急响应机制，提高对大气重污染灾害的预防、预警和应急处置能力，降低大气重污染危害程度，保障人民群众身体健康和财产安全。及时、准确的空气质量预报预警服务为漳州市政府防范空气污染提供了决策依据，提升了环境保护和气象防灾减灾整体效益，促进了环保与气象业务协调发展。

[1] 漳州市政府办.关于大气污染应急预案的通知[Z]. 2014.

[2] 福建省气科所.福建省空气质量预报预警系统说明书[Z]. 2014.

漳州市科技局自然科学基金项目“漳州市区城市空气质量等级预警预报技术研究”（ZZ2016J12）。