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我國三位科學家打造空氣質量系統預報
點擊次數：573 發布時間：2014-9-17
導讀：今年6月，中國*由科學家自行開發的全國空氣質量數值預報系統——“矮馬預報”（以下簡稱矮馬）正式上線。
作為一個承諾*的空氣質量預報發布平臺，在時、空兩個維度，矮馬都為公眾傳達出更多新鮮信息。時間上，矮馬可以提供全國重點城市未來5天的空氣質量預報；空間上，矮馬分四大重點區域發布，同時號稱“覆蓋了全中國每一寸土地”。
3個科學家走出“象牙塔”的作品
在矮馬的空氣質量數值發布頁面，除提供當日AQI（空氣質量指數）和要污染物外，矮馬還提供臭氧日z大八小時濃度、PM2.5日均濃度、z低能見度、平均濕度、降水、z大混合層高、z高氣溫、z低氣溫、平均風速、z多風向等10項預報指標。
“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的一部分信息上線，比如空間分布圖和重點城市預報。實際上，還有很多別的對普通公眾有用的信息，比如風景名勝區的預報，我們也可以并愿意在條件成熟時發布出來。”胡泳濤表示。
矮馬團隊的3位，全部畢業于或任職于北京大學。
50歲的謝紹東現為北京大學環境科學與工程學院教授；42歲的雪松現為該院副教授。44歲的胡泳濤，北京大學環境科學專業博士，現為美國佐治亞理工學院研究科學家。
這個由3位科學家組成的團隊，分工根據各人研究方向而定——胡泳濤和雪松主要從事空氣質量模式開發與應用，謝紹東的專長之一則是污染源排放估算和預測。
在胡泳濤看來，“從事工程科學的人老呆在象牙塔里，是不可理喻的”。
“環境科學與工程這個學科，本身就是一個應用學科，是直接面向解決環境中的各種問題的。對這個學科的執業者來說，z高的成就就是解決具體的環境問題。”他說。
2010年至2011年期間，胡泳濤為深圳市人居委開發了用于支持深圳大學生運動會的深圳市空氣質量數值預報系統。在這一過程中，他生出頗多感觸。在與謝、充分交流后，“開發一個全國性的空氣質量數值預報產品并通過互聯網發布”被提上執行日程。
“開發矮馬預報先要彌補的就是這樣一個缺憾，矮馬預報是自始至終長期維護的數值預報產品，將始終自我維護和更新。”胡泳濤道。
作為“第三方立預報”，胡泳濤認為，矮馬的立性主要表現在兩方面。
“先是技術手段的立性，這種立性提供了科學上的多樣性。其次，我們不依附于任何組織和機構，我們賴以生存的基礎是預報的準確性。這后一種立性的意義更為遠大，是我們提供矮馬預報或者類似產品的根本理由，亦是矮馬后續成長過程中z需要保持的。”
學術力量嘗試全國性空氣質量預報
目前，矮馬可以提供全國171個城市未來5天的空氣質量預報。在矮馬的“發布”欄下，展示了全國及四個主要區域的空氣質量態勢圖。同時，還可點擊“啟動動畫”按鈕，進行動態演示。
一個全國范圍內的空氣質量預報系統，在多年來一直為各級政府建言獻策的謝紹東看來，意義重大。
“了解全國范圍空氣質量未來幾天的發展變化，對于做好城市和地區的空氣質量預報是非常有幫助的。比如，北京做自己的預報，周邊怎樣變化不管，有了全國性的態勢圖，一看就知道，有時候即使北京空氣不錯，但從南邊吹來的污染物還是會讓市內空氣變差。”他說。
“過去近20年時間里，我國大氣污染的征發生了顯著變化。以往的城市空氣污染在很多地方，已經變成了區域性污染的一部分。處在這樣的污染區域里，一個單的地區往往很難善其身。PM2.5通過大氣輸送會對幾百至上千公里范圍的空氣質量產生影響。”雪松說。區域型大氣復合污染，是他的研究方向之一。
除“全國空氣質量數值預報”，矮馬還重點預報京津冀、長三角、珠三角和成渝四大區域。矮馬能夠預報空氣質量，源于其采用的“區域多尺度空氣質量模型CMAQ”。
對于這個目前在上被廣泛采用的模型，胡泳濤介紹道：“空氣質量模型，包括CMAQ，一般把要模擬區域上空的大氣層，從地面開始往上到接近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。同時也在水平方向上，將區域分隔成成千上萬個相同大小的方格子。空氣質量模型就是針對每個這樣的盒子來計算空氣污染物濃度的。”
使用邊長12公里的方格子，矮馬的預報產品覆蓋了全中國，包括港澳臺地區。
“為了更方便公眾理解，我們單把重點城市的預報數值提取出來展示。”胡泳濤說。
z緊要的是建立一份污染物源排放清單
空氣質量的預測誤差，據胡泳濤介紹，主要由3方面因素造成。分別是：氣象條件的預測誤差，源排放量的估算和預測誤差以及空氣質量模式的理論描述誤差。
其中，氣象條件的預測誤差對于空氣質量模式的預測影響z大。
“如果天氣預報錯了，空氣質量預報肯定是錯的。”謝紹東說。
目前，7天內的天氣預報數值結果較為可靠，矮馬便將空氣質量預報的時間跨度定為略短一些的5天。
在氣象要素預測相對較好的情況下，源排放的不確定性成為主要問題。“任何地方的空氣質量數值預報都需要準確和完整的源排放清單，美國也不例外。在中國，源清單的編制存在很多問題。”胡泳濤說。
從2000年原環保總局發布《關于開展環境保護重點城市空氣質量預報工作的通知》，再到2013年國務院印發《大氣污染防治行動計劃》，全國性的空氣質量預報，一直進展緩慢。
這與全國空氣污染物源排放清單的缺失有著很大關系。
雖然國內外一些研究機構都曾編制覆蓋中國或涉及中國部分地區的大氣污染物源排放清單，但目前尚無政府主導的、公開的全國性空氣污染物源排放清單。
建立尺度的大氣PM2.5數值預報業務模式，也一直是一些大氣環境專家們呼吁的。
確定搭建矮馬平臺后，3位科學家先要做的，同樣是建立清單。這份“民間版本的全國空氣污染物源排放清單”的構建，成為起步階段z艱難、繁瑣、細致的工作。
“艱難在于獲取用于估算源排放量和排放征的基礎能源、交通、經濟、企業活動、地理信息等的準確數據；繁瑣在于基礎數據量大，而質上又良莠不齊；細致在于方方面面必須全部照顧到，缺一不可。”胡泳濤說。
制作清單，矮馬團隊綜合了研究成果和各自研究工作的積累，歷時兩年多。
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。”然而，這份清單并非靜態，需要隨時更新。“比如控制政策的執行、工廠的搬遷、發現數據錯誤等。”胡泳濤說。
“實際操作上很難窮盡所有的排放源。”雪松同樣表示，“清單的編制會考慮各類源的點和影響的重要性，結合資料的獲取情況，在具體處理上有所區別。”
今年7月上旬，環保部公布了城市揚塵源、道路機動車、生物質燃燒源等5類涉及大氣污染物的排放源清單編制技術指南（試行）的征求意見稿。該指南將為日后編制大氣污染源排放清單提供。
謝紹東負責撰寫“揮發性有機物”部分。“究竟是哪些源排放對空氣造成了污染，現在我們還說不上來，數據也還沒有。這份指南就是要指導全國各地的相關人員去做這件事情。”
在胡泳濤看來，從層面上“編制、維護和共享一個全國的空氣污染物源排放清單并定期更新”，是z為緊要的。同時，還應“將全國范圍的實測空氣質量數據（小時數據）在經過嚴格的質量控制后公開發布”。
“我個人認為，這兩點如果做不到，將是空氣質量數值預報進行預報評估并提高預報性能的z大障礙和困難，同時這也是阻礙整個灰霾相關科學研究健康發展的z大因素。”他說。
文章來源：http://www.fzbnjj.com/st205887/list_571079.html