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民间预报雾霾
作者:dokknife
发表时间:2014-07-31
更新时间:2014-07-31
浏览:643次
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民间预报全国雾霾
2014-07-31

记者:刘虹桥. 实习记者:崔先康 陈梦凡
在北京大学古朴的老地学楼教室里,环境科学与工程学
院教授谢绍东向财新记者展示了一个上线半年的全国空
气质量预报系统——“矮马预报”。

“政府老说难,民众又有需求,我们有能力就自己先做
一个出来。如果最终能推动政府来做这个事,更好。”
“矮马预报”主创科学家之一谢绍东的说法,开宗明义。

空气质量预报,俗称空气污染预报,是指对未来空气质
量的优劣状况进行预报,如预报灰霾(民间也称雾霾,
一种比雾霾更强调污染的学术语汇)天、沙尘暴、臭氧
污染等。

“矮马预报”团队信心满满——他们是中国第一个由科学
家自行开发的全国空气质量预报系统。除免费向普通公
众提供全国重点城市的五天空气质量预报,团队还希
望,“矮马预报”能够为地方政府空气质量预报机构提供
第三方的独立预报,并成为地方政府机构提高人工预报
准确性的重要参考平台。

中国官方开展部分重点城市的空气质量预报历史已有20
余年,但全国范围的空气质量预报一直没有进行。

“矮马预报”的预报周期超过目前国内部分城市官方预报
最高的三日,达到五日;该平台不附属于任何学术系统
或官方机构,由科学家自筹资金制作。

在民间探索的背后,是公众对空气质量预报的需求和跨
区域、大尺度的空气质量预报的缺失。

在中央气象台网站上,点击“雾霾预报”,仅能查看京津
冀地区24小时内的空气污染程度分级。

近年来,灰霾天气频繁降临,在京津冀、兰州等历史霾
区之外,越来越多过去被认为空气质量良好的城市也在
一些大规模雾霾事件中沦陷。但官方城市空气质量预报
各居一隅,尚无区域连报,更无全国尺度的空气质量预
报。

科学家的民间探索,是否能为中国“雾霾预报”闯出一条
新路?

并不违法

打开“矮马预报”的网站,点选“最新发布”,即可看到一
张在当日“全国空气质量数值预报AQI指数空间分布
图”,图片两侧是全国171个重点城市的预报信息。

财新记者于7月17日上午登陆网站,在城市的下拉菜单
中选择“北京”,即看到由“矮马预报”预测的未来五天的
空气质量。根据“矮马预报”,7月17日当日的AQI指数为
191,中度污染,PM2.5日均浓度每立方米143微克,臭
氧日最大8小时浓度为每立方米151微克,最低能见度为
4公里。

当日,北京市环境保护检测中心发布的北京市各区的污
染指数预报值范围为160至180。

根据“矮马预报”,未来几天,在经历由中度污染转重度
污染,再到轻度污染的过程后,北京将在7月20日重新
迎来AQI指数预计为93的“良”级空气。全国范围内,京
津冀和成都平原一带将出现PM2.5日均浓度在115以
上、局部地区为250-350的中度和重度污染区,但这些
污染带也将在20日前逐步降为良或轻度污染。

除公众关注的PM2.5、臭氧、最低能见度等指标,“矮马
预报”还提供降水、平均湿度、最高及最低气温、平均
风速等指标的预报。

重点城市之外,读者若有兴趣还可查看全国PM2.5日均
浓度空间分布图、全国臭氧最大8小时浓度空间分布地
图,或查看全国、京津冀、长三角、成渝四大重点区域
的相关指标的分布图。

上海环境监测中心总工程师伏晴艳对“矮马预报”的民间
预报活动表示欢迎。“预测预报有很多不确定性,预报
方法也有多种,各家机构把自己的模式放在网上,学术
上有所交流,公众也能有所比较。”

“矮马预报”上线以来,固然让民间用户受益,但不少用
户却有一个担心——中国《气象法》第二十二条规定“国
家对公众气象预报和灾害性天气警报实行统一发布制
度”“其他任何组织或者个人不得向社会发布公众气象预
报和灾害性天气警报”。 那么,三位科学家在中国民间
进行雾霾等空气质量预报,是否涉嫌违法呢?

多位受访学者向财新记者指出,气象是指风、云、雨、
雪等大气物理现象,属于大自然范畴,而雾霾等空气质
量问题,是人为污染源造成的现象。对空气质量的预
报,虽以天气预报为基础,但与天气预报有本质区别。

“民间研究者发布空气质量预报信息,目前还没有法律
禁止。政府只能通过法律垄断官方信息的发布渠道,但
研究者通过网络发表个人研究和学术观点,没有什么不
妥当。”北京中咨律师事务所律师夏军说。

参照美官方预报模式

“矮马预报”团队的主创三人都与北京大学环境科学与工
程学院的前身北京大学环境科学中心有着不解之缘。他
们或毕业于该中心,或任职于该中心。“矮马预报”网站
介绍其研发团队“具有20年发达国家以及发展中国家区
域和城市空气质量数值模拟和数值预报的经验”。这并
不夸张——

50岁的谢绍东现为北京大学环境科学与工程学院及重点
实验室教授,主要从事城市与区域大气污染控制的理论
与技术、空气污染源排放估算和预测等方面的研究。

42岁的王雪松现为北京大学环境科学与工程学院及重点
实验室副教授,主要研究方向是利用空气质量模式研究
区域大气复合污染、大气化学以及空气质量数值预报。

44岁的胡泳涛现为美国佐治亚理工学院高级研究科学
家,擅长区域空气质量数值模式建模和气象模拟、源排
放估算和预测、生物质燃烧的空气质量影响预测以及空
气质量数值预报等。

自己动手来做全国空气质量预报的念头是从2011年萌发
的。当年,胡泳涛主持研发的美国东南部区域空气质量
数值预报系统已经实际运行五年多。他受深圳市政府邀
请,为大运会搭建空气质量预报系统。借此契机,胡泳
涛找到曾经共事的谢绍东与王雪松,决心搭建一个全国
性的空气质量预报模式。

接下来的两年多,三人以自己的过往研究成果以及现有
公开出版物和学术文献为基础,初步建立了一个民间版
本的全国空气污染源排放清单,并利用有限的现场观测
和地方实际监测数据不断修正或繁衍这个清单。这其中
还结合了团队成员在过去的科研经历中自行建立的一些
地方城市的挥发性有机物和颗粒物排放源清单,如,谢
绍东就曾参与建立全国机动车污染源的排放物清单。

至2013年10月,污染源排放清单基本完成。与此同
时,在美国环保局推荐使用的空气质量模型“区域多尺
度空气质量模型(CMAQ)”的基础上,团队还结合中国
情况对其进行了改进。至此,准备工作结束,小型超级
计算机“矮马”出场,开始预报全国空气质量。

胡泳涛告诉财新记者,CMAQ能够将天气系统的中、小
尺度气象过程对污染物的输送、扩散、转化和迁移过程
的影响融为一体考虑,同时兼顾区域大气污染物的相互
影响以及污染物在大气中的各种化学反应过程。

于1999年6月发布其第一个版本的CMAQ 及其后续和衍
生版本是国际上目前使用最为广泛的空气质量模式之
一,并被多家学术和政府机构用于空气质量数值预报。

谢绍东认为,空气是流动的,污染物也是流动的,对空
气质量的预报不应局限于各个城市的范围内,必须分区
域、看趋势。这样,既可以看到北京和天津之间的相互
影响,也可以看到周边省市之间的相互影响,以便了解
区域趋势和互动关系,这将有利于污染控制。

“国家应该走这条路(指区域性和全国空气质量预
报),但还没有走,我们民间就先走,给国家提供一个
参考。”谢绍东说。

存在数据缺陷

不过,虽然有国际上最先进的空气质量预报模式作基
础,“矮马预报”团队仍面临许多困难。

客观上,目前国际最高水平的空气质量预报准确性仍只
有70%左右。具体到PM2.5日均值和臭氧日最大8小时
浓度预报,平均误差分别为30%和20%。这些误差足以
造成AQI数值的预报与实测值出现等级差异。换言之,
国际最高水平的预报,也有可能将轻度污染预报为邻近
级别的中度污染或良。

抛开技术局限,污染源排放估算的不确定性是团队目前
面临的最大问题。“矮马预报”团队建立的是全国尺度的
空气质量预报,这必须依赖于一个完整可靠的全国性空
气污染物排放源清单。然而,可靠清单是缺失的。

遗憾的是,虽然包括美国阿贡国家重点实验室、日本国
立环境研究所、清华大学、中国环境科学研究院、中国
气象科学研究院等研究机构都曾编制覆盖中国或涉及中
国部分地区的大气污染物排放清单,但目前尚没有政府
主导的公开、可及的全国性空气污染源排放清单。

在2014年6月初的秸秆燃烧时段,“矮马预报”出现了因
源排放估算误差造成的较大范围预报偏差。“矮马预
报”连续多日都没有预报出东部平原地区局部的中度到
重度的空气污染。这些局部的重污染发生在大范围臭氧
轻度污染的背景下,主要表现为PM10或者PM2.5超
标,具有持续时间较短的特征。

胡泳涛解释说,对空气质量模式来说,秸秆焚烧是一个
非常无组织无规律的源排放种类。如果不是实地调查或
事后跟踪,很难对焚烧的时间、地点及焚烧量做到准确
估计。除此之外,突发沙尘暴、节假日出行规律突变等
也会明显影响预报准确率。而复杂地形、海陆环境等,
也会造成因数值模式的技术原因导致的预报准确性偏低
的问题。

胡泳涛坦陈,由于缺乏权威数据比对预报或者模拟结
果,“矮马预报”团队甚至很难评估其研发的排放源清单
的误差。同样糟糕的是,对于预报结果的评估也面临缺
乏有效的、质量可靠的空气质量监测数据的困难。

“有一个很尴尬的问题是,预报结果与实测数据比对接
近并不一定表明预报的准确性,原因是监测数据的不确
定性。”胡泳涛解释说,环保系统下设的各个环境监测
站点发布的实时数据不一定准确,这些原始数据应当在
通过严格的质量控制后再作为权威数据发布,用于准确
评定城市空气质量水平,以及用于学术研究,比如评估
空气质量模式的模拟性能以及空气质量预报的准确性。

北京气象学会一位高级工程师在接收财新记者采访时强
调,应谨慎看待“矮马预报”的预测结果。“‘矮马预报’预
报所用的数据和方法可能都没有问题,但是与官方业务
部门投入大量人力所做的预报相比,民间预报的权威性
可能有一定片面性,毕竟他们(指‘矮马预报’)不对预
报结果的对错负任何责任。”他说。

谢绍东则针锋相对。“我们的模式肯定是没有问题,数
据也是有依据的,我们没有拿政府1分钱,也能预报得
比较准。那些拿了钱但没有做出结果的,对我们说东道
西就没有道理。”

官方预报进展缓慢

早在2000年,原国家环保总局就曾发布《关于开展环境
保护重点城市空气质量预报工作的通知》,明确由各地
环境监测站与气象台共同或分别运用预报模型完成空气
质量预报,再经双方会商后在当地媒体上联合发布的制
度。

2013年9月12日,国务院印发《大气污染防治行动计
划》,要求气象、环保部门联合行动,合作开展重污染
天气监测预警、城市空气质量预报,建立重污染天气监
测预警体系。

13年过去,中国的空气质量预报进展缓慢。显然,官方
存在官方的难处。

伏晴艳表示,2012年发布的最新《空气质量标准》增加
了PM2.5等污染因子,这给预报工作带来了新的挑战。
虽然过去十几年预报工作中有些工作经验可以延续,但
因PM2.5的来源和变化规律不同,评价标准也不同,这
就要求投入更多精力改善、更新污染源排放清单,完善
空气质量预报模型。

但是,要将空气质量预报作为基层环保和气象部门的日
常业务工作,还面临着许多现实问题。“预测预报要靠
技术进步,也需要专业技术人员的培养。对大部分城市
来说,还是要先把预报队伍建立起来。”伏晴艳说。

官方的全国预报进展缓慢或与全国空气污染源排放清单
缺失有关。

胡泳涛解释说,一次排放对氮氧化物、二氧化硫和颗粒
物的影响很大,因此,利用气象预报结合统计预报,可
以给出一定准确程度的空气质量预报。但是,臭氧是一
个纯二次污染种类,细颗粒物也是以二次生成为主,这
就要求更充分地考虑源排放和化学转化过程的空气质量
模式。

2014年7月上旬,环保部网站公布了城市扬尘源、道路
机动车、生物质燃烧源等五类涉及大气污染物的排放源
清单编制技术指南(试行)的征求意见稿,该指南将为
日后编制大气污染源排放清单提供技术支持。

中科院大气物理研究所研究员王自发也曾多方呼吁,希
望建立国家尺度的大气PM2.5数值预告业务模式,做到
提前三到四天预告高浓度灰霾事件的发生时间、范围和
强度,以有效遏制重灰霾事件发生。■

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