建成的区域和国家级环境空气质量预报预警平台，以现有环境空气质量实时监测网络为基础、以大气化学实时观测资料同化系统和数值模式集合预报系统为核心、以污染源排放追因溯源为目标，同时结合多种精细化预报预警技术方法灵活应用的业务体系，为大气污染防治确立了可持续发展的基础。
准确预报每一次重污染过程
自2013年以来，总站带领和组织开展的空气质量预报，对于秋冬季节京津冀区域每一次重污染过程全部提前预测到，且区域重污染的过程预报准确率接近100%，区域重污染的程度预报准确率接近80%，为各级政府针对重污染过程提前采取预警应急和管控措施提供了关键信息和决策依据，也为APEC会议、G20峰会、青奥会、世界互联网大会等重大活动，以及春节、国庆等重要节假日提供了有效的空气质量保障服务。
以京津冀及周边区域为例，总站组织京津冀及周边区域省、市、区环保预报部门，以现有可供利用的最高水平科学技术应用为基础，探索研发了区域预报技术，建立了可靠的预报值班和会商制度，每一份预报结果的产生，都遵循严格的作业流程，最大程度地进行客观分析。预报员每天都要认真分析未来7～10天数以百计的空气质量和气象图形及数据产品，需要比较至少三个不同的空气质量数值预报模式、至少三个国际主流气象机构和至少两个主要时次的气象产品。这些产品经常可能是不一致和矛盾的，必须根据预报经验和大气污染规律，对预报产品进行慎密分析，做出人工订正。
探索大气污染组分和相互传输影响
为了进一步提升重污染应对的精细化水平，分析大气污染成因和应急措施效果，根据环保部部署，总站负责建立了京津冀区域颗粒物组分及光化学监测网(简称“组分网”)。以京津冀为重点，北京市及周边为核心，覆盖了2市3省(北京、天津、河北、山东、河南)20个城市，构建了以23个手工监测点、13个在线监测点、8个快速源解析监测站、32个气溶胶激光雷达监测点、1台激光雷达走航监测车于一体的区域多参数综合立体监测系统。利用多种手段，实现对大气颗粒物中铵盐、硝酸盐、硫酸盐等9种水溶性离子，钙、硅、钾、铅、铁等20余种无机元素，有机碳、无机碳、颗粒物有机物组分、挥发性有机物等光化学组分，以及大气污染边界层高度等指标要素的监测。组分网的监测范围将根据管理需求进一步扩大，从2017年开始开展珠三角、长三角、成渝地区监测，逐步建成覆盖全国的大气颗粒物组分监测网。
组分网获得的监测数据对研究大气污染发生、发展、消退过程中颗粒物化学组分特征，分析污染来源具有重要作用。
第一，通过污染组分的浓度排序确定主要污染指标。说清区域大气颗粒物质量浓度与主要污染组分的时间及空间分布情况，精准确定不同城市的核心污染指标，深入揭示污染物指标间的协同关系，结合后向轨迹等多种传输模型，科学揭示区域传输情况。
第二，通过主要污染组分来初步判断污染来源。综合利用手工及在线源解析结果，准确把握区域或某一城市的重点污染来源，为精准治霾提供及时、科学的依据。比如，若有机碳、硝酸盐占比较大，则提示城市交通排放贡献可能较大;若无机碳、硫酸盐占比较大，则提示燃煤排放的贡献可能较大;若钙、硅等地壳元素含量较高，则说明道路扬尘、工业粉尘等贡献可能较大;如钾、左旋葡聚糖含量升高，则提示秸秆等生物质燃烧的贡献可能增加。
第三，通过激光雷达为代表的立体监测技术，提供大气污染物的空间监测数据，逐步说清空间传输特征。近两年的重污染过程期间，总站联合有关科研单位共同开展了定点监测、走航监测、飞行航测等多种形式的激光雷达监测。定点监测可以连续观测点位上空颗粒物、风力、风速、温度、湿度等垂直分布，掌握颗粒物形态、混合层、逆温层高度等信息，说清区域颗粒物传输特征。走航监测和飞行航测能够有效观测移动路径上污染物的垂直分布情况，迅速判断污染来源与变化趋势，把握较大区域内污染物的空间分布情况，为说清重污染时期区域间大气污染物的空间传输提供立体监测数据支撑。
提升空气重污染预报服务能力水平
经过三年多探索，目前全部直辖市、省会城市、计划单列市和部分地级市已经实现了24至72小时短期空气质量预报，提供公众健康生活出行指引服务，同时提供未来三天至五天的污染潜势分析和预警，为管理部门及时对潜在的重污染过程采取污染控制措施、预防公众健康影响提供技术支撑，防止连续重度污染的发生发展。
比准确预警更进一步的目标是有效地预防。今后，还将不断应用最新技术和更全面监测资料，在更多的城市实现五天预报和未来一周的污染潜势分析，实现污染源追因,对重污染过程预警提供全面支持，尽可能防止和减缓重度污染过程的发生，逐步达到像预防疾病一样预防重污染。最终，将实现对区域和城市污染过程发展和成因的预测，开展科学的空气质量达标规划与政策实施情景模拟预测，为管理部门评估污染控制成效、预测环境健康影响、评估环境风险、有效开展环境管理和污染控制提供技术支撑与服务。
作用与启示
以PM2.5和臭氧为关键指标的环境空气质量预报预警业务在我国是一项全新的工作，短短几年中迅速发展壮大并达到国际领先的能力水平。这是环保部门和环境监测系统拼搏探索的一个缩影，积累和形成了许多值得总结借鉴的成功经验。
污染来源、空气监测、大气条件和演化机制是预测预报的基础
目前，总站开展的大尺度区域预报，采用数值预报结合客观订正的方法，基于对污染源变化的认识、对大气条件下扩散传输沉降影响变化的认识、对实时空气质量变化监测的认识、对大气化学机理规律尤其是重污染过程影响的认识等进行综合分析。
空气质量综合实时监测是预报的起始条件。目前，我国已经建成发展中国家最大的空气质量监测网络，包括覆盖338个地级及以上城市的城市监测站点、覆盖主要传输通道的区域监测站点和覆盖国家生态红线保护区域的大气背景监测站点，部分省市还建立了超级站和区县监测站点。这些站点除了实时监测6项常规污染物质量浓度外，还能提供颗粒物粒径谱、特征污染物(包括颗粒物无机碳和有机碳组分质量浓度)、PM2.5水溶性化学组成、挥发性有机物各物种质量浓度等监测数据，为空气质量预报提供了必要的大气化学环境初始浓度场资料，同时是预报模型调试和预报结果验证的重要基础数据。关注各类监测数据的变化，有利于掌握大气污染物浓度水平的动态变化特征和可能的污染来源与贡献，用以判断局地污染源排放和邻近区域污染物传输变化的前期影响和后续影响，不断提高空气质量预报的准确度。
污染源的变化是预报需要考虑的大气污染内因。环保部通过重点污染源在线监控系统、全国污染源例行统计、全国污染源普查等污染源监测调查，持续更新并建立越来越全面的全国污染源清单，这些都为空气质量预报提供了必要的大气污染物清单及其排放影响基础。预报作业时需要对人为源和自然源的分布及变化有较全面的动态分析。在关注主要工业源、生活源、交通源规模及其季度变化的基础上，还要在特定时间重点关注沙尘暴传输、秸秆燃烧传输、节假日烟花爆竹排放等突发性排放的后续影响。
大气条件的变化是预报需要考虑的大气污染外因。空气质量预报需要对影响大气污染物扩散、传输、湿沉降和干沉降的大气条件进行较全面的预测分析。在预测未来5～7天的大气条件时，需要分析从高空到地面的气象预报产品。秋冬季节重点关注影响二次生成污染物(包括PM2.5)浓度水平变化的大气边界层厚度及环境能见度变化、边界层水平和垂直风分布变化、边界层逆温和水汽变化等，夏季重点关注影响光化学反应及臭氧浓度水平变化的太阳辐射强度、紫外辐射强度变化。
大气化学机理是预报需要考虑的大气污染形成机制。大气污染过程涉及数以百计的大气化学反应方程，根据不同的污染过程条件，关注细粒子二次生成、光化学反应烟雾生成、混合反应、异相反应等主要影响机制，进而分析判断可能的污染物生成水平或增幅。
空气质量数值预报产品是预报的基本依托。总站建设的国家高性能预报集群，应用了由中国科学院大气物理研究所研发的、最先进的双向嵌套模式、同化和污染来源追因模拟技术，其最新数值预报产品的有效参考可以达到5天，部分情况可以达到6～7天。在预报作业时，首先要了解多模式数值预报综合反映的空气质量变化模拟趋势，对潜在污染过程的发生发展相关的系列特征和指标进行预判，包括污染开始、演变和消除关键过程，影响范围、严重程度、持续时间，以及可能影响的城市，城市PM2.5小时浓度最高值及最高值出现的时间以及相关的污染来源追因、局地变化、区域传输模拟等关键信息。
集成最先进的科学技术与装备是预测预报的关键
空气质量预报涉及环境科学多个研究领域，需要综合利用环境监测独特的资源优势，联合国内空气质量预报研究发展水平最高、业务化水平经验最丰富的技术科研团队，进行产学研联合攻关，以集中最先进科学技术和资源，达到最佳效益。
2013年以来，总站和中科院大气物理研究所联合建设完成了《京津冀及周边区域环境空气质量预报预警中心(一期)》业务平台，具备运算速度135万亿次的高性能计算机集群和空气质量多数值模式集合预报系统，覆盖京津冀及周边区域，空间分辨率5公里，具备7天预报、实时监测数据同化以及污染源追因模拟能力，能够对不同地区、不同时间、不同行业的污染来源贡献进行分析预测，还具有中东部地区空间分辨率15公里预报支持能力。
空气质量例行预报业务中发现的大量问题、原因分析、改进思路、实况校验等，反馈到数值预报模式的优化改进工作中，推动科学研究进一步深化，形成了科学引导业务能力发展、业务实践促进科研的良好循环。可以说，我国已经具备了国际领先的空气质量预报能力和技术水平。2016年初，在现有高性能预报集群系统试验中更新了同化技术，并首次应用同化数据为多模式预报初值，进一步提高了中东部预报模拟的精细化水平。
甘于奉献、上下协同的监测队伍是预测预报的根本
新标准空气质量预报是一个新的核心业务领域，一切都在探索中前进。初期阶段，预报业务面临着缺乏政策支持和组织保障、各级业务定位不清、业务人员和技术水平严重不足、缺乏稳定经费保障等重重困难。在有限的条件下，全国环境监测系统充分发挥了敬业传统和勇于进取的精神，团结奋战，研发预报技术方法，积极争取机构、人员、经费和能力建设。
总站发挥了技术引领和指导作用，总结编制了预报技术方法指南，组织开展全国预报技术培训，通过集中授课、技术实训、跟班学习等形式，为全国绝大部分省级站、省会城市和计划单列市站培育了骨干预报员队伍，带动全国预报业务技术水平迅速提高。各地也积极组织省级和城市范围的预报员培训，开展省市辖区空气质量精细化预报探索，高效建立并持续推进新标准空气质量预报业务和技术服务。
此外，还建立了行之有效的重点区域联合预报会商机制。各地形成初步预报结果后，与区域和省级预报成员单位会商，最大可能避免预报影响范围遗漏，共同研判重污染带的扩展、传输和发展趋势，在现有条件下最大程度保障区域重污染过程预报的可靠性。
各级领导重视与支持是预测预报的保障
全国预报业务体系、技术体系和队伍建设，毫无疑问都离不开各级环保部门的大力支持。环保部通过中央财政主要污染物减排专项资金建设项目，支持总站建立了国家层面空气质量预报中心和京津冀区域预报预警业务平台;推动建立了长三角、泛珠三角(华南)、东北、华中、西南和西北区域业务中心、31个省级业务中心和部分地区城市预报业务中心，建立起覆盖全国的国家—区域—省级—城市多层次的预报业务及其大气污染防治技术支持体系。还通过专项支持和培训项目，推动全国预报方法技术的经验积累和预报员队伍建设。
(来源：《环境保护》杂志，全文请见《环境保护》杂志2017年第8期)
原标题：如何赢得空气重污染应对主动权？
