重大活动空气质量保障预报会商机制及经验探讨

王晓彦，李健军，刘 冰，许 荣，汪 巍，朱莉莉，王 威，赵熠琳

中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

近年来，我国重点城市相继承办了多个大型国际会议、重大赛事和重要纪念活动，包括2014年南京青年奥林匹克运动会、2014年北京APEC会议、2015年中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年大阅兵和2016年杭州G20峰会等。为保障上述重大活动期间的空气质量，空气质量预报会商逐渐成为一系列保障措施中的重要环节。特定时段精准的空气质量预报可及时把握污染形势，为环境管理部门制定有针对性的污染管控措施提供关键的技术支持，从而有效降低污染程度，最终实现重大活动期间空气质量保障目标。区域联动的空气质量保障预报会商经历了从无到有、从粗到细、由浅入深的发展过程，并在杭州G20峰会的空气质量保障中达到了国内顶级水平。经过多年实践探索，国内空气质量保障预报会商机制不断完善，应用经验日益丰富[1-5]。本文主要探讨重大活动空气质量保障预报会商方案、基本流程和实践经验等，以期为今后承办类似重大活动的地区提供借鉴。

1 预报会商方案设计

1.1 会商需求调研

在设计重大活动空气质量保障预报会商方案时，应基于多方面的需求调研。首先应综合对比分析历史同期空气质量水平，以便了解实现空气质量保障目标的难易程度；其次应充分了解重大活动前期及活动期间将采取的一系列污染减排措施以及区域性空气质量保障所涉及的相关省市的协同合作，从而合理协调参与预报会商的成员单位和部门；最后应由上而下逐级分解预报会商相关要求，明确各级权责，以保障联合会商有序、高效、顺畅运行。

1.2 组织架构设计

重大活动期间区域性的空气质量预报会商往往需多个省市通力合作，高规格的会商机制需要完善的组织架构来保障。通常大型预报会商机制应包含3个层面的组织机构(图1)：第一层为由相关环境管理部门组成的保障现场指挥中心，负责把握全局，决策部署，统筹协调各项工作；第二层为保障专家委员会，一般由国内空气质量监测和预报领域资深研究学者组成，对每日预报会商结果和针对性污染管控措施提供专业技术指导和决策建议；第三层为会商技术支持工作组，除空气质量预报组之外，还应涉及到气象预报组、空气质量监测分析组和污染源监控评估组等，负责保障期间具体的数据分析和预报会商工作[2]。

图1 重大活动空气质量保障预报会商基本组织架构Fig.1 Basic organizational structure of forecast consultation for air quality guarantee of major events

1.3 技术资源整合

大型空气质量预报会商需充分整合多方面的技术资源：一是来源于地面自动站(城市站、区域站、背景站、超级站等)定点观测、走航观测、卫星遥测、雷达探测等立体化监测网的空气质量实况监测数据；二是来源于国内外多家气象预报机构的大气条件预报以及相关省市气象部门的本地小尺度精细预报资料；三是尽可能全面的最新版大气污染源排放清单以及保障期间污染减排相关分析数据；四是保障期间精细化空气质量预报模式所需的软件系统(例如基准和管控两种源清单并行的预报模式系统)以及满足运算能力的配套硬件资源等[2]。总之，以充分整合的空气监测实况、气象条件预报、污染源排放清单、预报模式评估等技术资源为综合分析基础，最终应用和体现到空气质量预报中。

1.4 会商方案编制

详实完备、切实可行的预报会商方案是重大活动空气质量保障预报会商的基础性指导文件，是相关技术人员开展工作的实用操作手册。通常大型预报会商方案应明确会商参与单位及人员、会商时间及地点、各工作组汇报内容及形式、会商结果讨论与总结、预报信息报送与发布等关键内容，尽可能将每一环节落实到具体的时间点和执行部门。预报会商方案在编制过程中应积极与相关部门沟通协调，编制完成后应开展必要的意见征求和专家论证，以保证会商方案的合理性和可行性。

2 预报会商机制发展趋势

2.1 会商流程日益完善

自2013年全国重点区域和城市基于新《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)逐步开展空气质量预报以来，在日常业务预报中，通过外部参照和内部摸索形成了较为成熟的会商流程。而重大活动保障预报会商由于其特殊性和复杂性，预报会商流程需在原有的日常业务预报会商的基础上升级改进，并在近几年若干重大活动空气质量保障预报会商实践中不断完善。如由于区域性空气质量保障的联防联控要求不断增强，参与预报会商和减排实施的成员单位范围随之扩展；随着大气科学领域科研成果应用的加强，预报会商流程中专家委员会的技术指导和决策支持作用不断凸显；随着移动端发布渠道的增多，预报信息的发布范围和发布时间也随之调整[2,5]。

2.2 技术资源整合不断强化

一套完备的空气质量预报系统需要实况监测数据、气象资料、污染源排放清单、软硬件设施等一系列技术支持条件，在大型空气质量预报会商中，对上述技术资源的需求显著提高。以实况监测数据为例，在近几年重大活动空气质量预报会商中，从最初主要依赖于城市自动站空气质量监测数据，逐步发展到城市站、区域站、背景站、交通站、超级站等多种类型站点的监测数据，尤其是超级站的监测项目远超常规6项污染物的监测需求，同时以走航观测和卫星遥测等监测手段为辅助，为立体化全方位分析提供支持条件。此外，大型空气质量预报会商可推动大气污染源排放清单的共享和更新以及城市或区域尺度精细化预报模式的改进，并将以上与时俱进的技术资源为我所用。空气质量保障的特殊性不断促进空气质量监测、污染源排放清单和预报模式系统的发展，而预报会商又以其独特的号召力，将多方技术资源整合共享，为精准化预报会商和污染管控提供必要的基础支持。

2.3 预报模式系统精细化

空气质量预报以数值或统计预报模式的预报结果为基础依据，经人工订正后得到最终预报结果。在历次重大活动空气质量保障过程中，承办城市通常会在此关键时段对预报模式进行不同程度的改进和升级。随着保障经验的积累和对预报精细化要求的提高，承办城市对短期预报模式系统的精准预报模拟需求不断加强，主要体现在污染源排放清单更新、污染来源追因分析和预报效果评估等方面。以G20峰会期间杭州空气质量预报模式系统为例，根据一系列污染减排措施进行情景模拟，形成一套管控污染源排放清单，与基准污染源排放清单同时引入模式系统进行模拟预报，经与空气质量实况比较分析，发现基于管控源清单的PM2.5日均值预报结果与监测实况的变化趋势和数值范围吻合度明显高于基准源清单[2]。预报模式系统精细化发展在获取高准确率预报结果的同时，基于污染来源追因等模拟产品，可总体把握影响未来空气质量的关键因素和程度，有利于制定有针对性、精准化的污染管控措施，从而有效削减污染峰值。

2.4 重点关注污染物多样化

我国大气污染形势在不同地域、不同时段差异性明显，北方地区全年大部分时间以颗粒物污染为主，而南方地区夏秋季节臭氧污染更为显著，因此导致不同城市、不同季节重大活动空气质量保障期间应关注的首要污染物有所不同。例如，2014年11月中旬北京APEC峰会空气质量保障重点关注细颗粒物，而2016年9月初杭州G20峰会期间扩展到臭氧和细颗粒物2种重点污染物，尤其是在臭氧污染管控和臭氧预报方面积累了宝贵经验。经过若干次重大活动空气质量保障的实践和探索，从以颗粒物污染管控为主，逐步发展到臭氧和颗粒物污染综合管控，尤其在夏、秋季首要污染物趋于多样化，对空气质量预报会商提出了更高要求。

3 区域联动预报会商经验

3.1 强化立体化监测网的数据基础

空气质量监测数据反映出的污染物变化趋势和波动幅度对空气质量预报具有关键的指导意义。空气质量监测数据类型越全面、时空分辨率越高，越能够客观表征实际的空气质量状况。在近年重大活动空气质量保障预报会商中不断加强对监测数据分析的重视。从主要以城市自动站空气质量监测数据为主，发展到如今以城市站、区域站、背景站、交通站、超级站等多类型站点的综合监测数据为主，并适时增加走航观测、卫星遥测、雷达探测等监测手段，形成天地空立体化监测网络[5-6]。以车载激光雷达走航观测为例，2016年10月3日，中国环境监测总站针对“北京-保定”传输通道开展了连续6 h的应急走航观测，以消光系数反映的气溶胶分布变化精确捕捉到移出北京的污染气团逐渐消散的过程。车载激光雷达走航观测的立体性和机动性使其在污染应急监测和空气质量预报中的技术支持作用日益凸显[7]。此外，除关注《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)中的要求6项基本污染物外，监测项目更为全面的超级站提供的大气颗粒物组分分析、挥发性有机物、总氧化剂等关键监测数据可为灰霾污染和光化学烟雾污染形势预报提供重要参考和依据。更重要的是，区域联动的空气质量监测和预报会商还有利于推动区域性监测数据共享和相关科研合作。

3.2 联合多个技术组协同作业

鉴于重大活动的空气质量保障中污染管控措施对空气质量带来的复杂性、多变性和未知性，预报会商不应仅局限于预报员单纯地对未来空气质量变化趋势判断的会商层面，而需要更全面、更深入地考虑气象条件、污染物排放、空气质量实况等具体变化形式，综合分析气象条件可能导致的污染物在大气中的物理化学变化过程以及管控措施导致的污染物排放量的时空变化，以此判断上述因素对未来空气质量的影响程度，提高预报员客观订正结果的准确率。因此，在重大活动空气质量预报会商中，应积极组织气象预报组、污染源监控组、空气质量监测组和预报组协同会商，充分发挥各自优势，为空气质量预报提供必要的客观订正参考依据。此外，专家委员会在各技术组总体汇报的基础上形成最终会商意见，并基于精准化预报为管理部门提供下一步污染管控建议。

3.3 建立横纵双向预报会商流程

重大活动空气质量预报会商不可流于形式，必须建立完善的预报会商流程。在近年大型空气质量预报会商中，逐渐形成横向和纵向相互交叉的预报会商机制。以G20峰会空气质量保障预报会商流程为例，纵向上，联合气象预报组、污染源监控组、空气质量监测组、预报组和专家委员会协同会商，达成最终会商意见；横向上，更侧重于预报组的内部会商，在纵向正式会商之前首先举行内部讨论，综合区域尺度形势预报、相邻省域尺度传输影响预报和城市尺度精细化预报结果，先行形成预报组内部初步会商意见。在此过程中，每日分别统计参与会商的多家单位预报模式中杭州市AQI预报结果，综合比较，多方权衡，最终确定预报结论，从而有效提高预报准确率。横纵双向的预报会商流程，有利于综合应用多方技术资源，发挥不同领域和不同角度的差异化优势，力求准确预测未来空气质量变化趋势。

3.4 提升臭氧污染预报能力

在进行重大活动空气质量保障时，应重点加强当地相应季节首要污染物的预报能力。对于我国大部地区，夏季与初秋需着重考虑臭氧污染。作为二次生成的污染物，臭氧浓度与氮氧化物和挥发性有机物这2种前体物浓度水平密切相关。臭氧形成机制和区域传输影响的复杂性以及臭氧预报起步晚的特点，为空气质量保障预报会商中的臭氧预报提出了更大挑战。如氮氧化物和挥发性有机物减排可能引发臭氧前体物控制区有所变化，影响臭氧浓度削减效果，对臭氧预报带来较大的不确定性。提高臭氧预报能力，一方面应加强本地臭氧污染规律分析，包括臭氧污染时空特征、NOx和VOCs控制区、气象因素对臭氧浓度影响等，将其充分应用到预报模式运算和预报员客观订正中；另一方面应广泛组织臭氧预报技术交流，探讨不同地区的本底水平、能源结构和气候特征等差异性对臭氧浓度的影响，为臭氧预报积累多方面经验。

3.5 重视减排情景预报效果评估

重大活动空气质量保障期间临时性污染管控为减排情景下的空气质量预报提供了宝贵的实践机会，在保障期间预报会商和保障后期预报总结中均应重视污染减排对空气质量预报效果的影响[1,8-9]。在保障期间，应定期评估减排情景下的预报效果，有利于及时纠正预报偏向，降低预报误差；在保障后期，应适时评估整个保障过程中的总体预报效果，尽可能定量化分析污染减排对空气质量的直接和间接影响程度，为预报员积累实践经验，同时也为其他地区类似重大活动空气质量保障污染管控和预报会商提供经验借鉴。以2014年APEC峰会空气质量保障预报效果评估为例，根据不同级别预警减排措施，北京市设置4套情景同时进行模拟预报，11月3—12日基准情景模拟、减排情景模拟与实测结果的对比显示，相比于基准情景模拟，减排情景模拟与观测结果的时间变化规律更为一致，数值上更为接近，尤其较好地模拟出7—10日PM2.5浓度缓慢上升后小幅波动的变化过程[1]。保障期间开展减排情景模拟预报可及时为污染管控提供精准化、强有力的技术支撑，加强减排情景预报效果评估有利于提高模式预报性能及预报员客观订正准确率。

4 结论

经过多年探索发展，预报会商已经成为重大活动空气质量保障过程中的重要环节，为管理部门开展特殊时段的污染精准管控提供了关键性的技术支撑。成熟完善的预报会商机制可有效规范重大活动期间空气质量预报会商的开展。近年来，区域联动的预报会商流程日益完善，技术资源整合逐步加强，预报模式系统日趋精细化，重点关注的污染物也多样化发展，预报会商机制不断改进和完善。同时，空气质量保障预报会商在多年实践中积累了大量宝贵经验，如强化覆盖全面的立体化监测网、联合多个技术组协同作业、建立横纵双向预报会商流程、提升臭氧预报能力以及重视减排情景预报效果评估等。后续开展类似重大活动空气质量保障的地区，可基于现有先行实践经验，进一步完善预报会商机制，力求以科学严谨的精细化空气质量预报为管理部门制定合理有效的区域大气污染管控措施提供有力技术依据。