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中國環境監測總站:京津冀及周邊區域空氣質量預報業務系統平臺

信息來源: 更新時間:2018-04-23

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  (一)基本情況

  1. 成果概述

  中國環境監測總站完成“京津冀及周邊區域空氣質量預報業務系統平臺”建設,搭建成依托于175萬億次/秒運算速度的高性能計算機集群的空氣質量多數值模式集合預報系統,形成京津冀及周邊區域包含常規六種大氣污染物濃度的未來七天空氣質量形勢業務預報能力,并具備污染物來源追因、監測數據準實時同化、污染源應急減排情景模擬等功能,是目前國內空氣質量預報領域最全面、最綜合的預報業務系統。經過多年探索與發展,京津冀及周邊區域空氣質量重污染過程預報準確率接近100%,代表城市級別預報準確率高于75%,在國內外均處于領先水平。該系統提供的眾多豐富全面的預報產品和高水平、精確化的區域空氣質量預報結果,為京津冀及周邊區域大氣污染精準化管控、區域空氣質量持續改善和《大氣污染防治行動計劃》考核目標的實現提供了強有力的技術支持。

  2. 成果實施主體、服務對象及適用場景

  該成果的實施主體為中國環境監測總站,服務對象包括環境保護管理部門、各區域、省市環境空氣質量預報業務部門和社會公眾。每日向環境保護管理部門提供京津冀及周邊區域形勢預報信息、重污染預警提示信息等預報技術服務產品;依托全國預報產品交換系統平臺,每日向全國各區域、省、市提供空氣質量業務預報指導產品;依托全國空氣質量預報信息發布系統,每日為公眾提供區域預報信息和重污染預警信息產品。

  3. 成果方案

  該平臺以現有的包括城市空氣自動站、國家區域空氣站、國家大氣背景站的國家環境空氣質量監測網絡的實時監測數據為基礎,以動態更新的污染源清單為驅動,建立具備大氣化學實時觀測資料同化系統、多模式全耦合空氣質量數值預報系統、大尺度范圍污染過程預報預警與污染源貢獻追因產品應用系統、可視化業務會商系統和預報信息發布系統的預報預警平臺。

  綜合以上優質數據資源和國內外先進預報技術,平臺實現了以新標準規定下常規六種污染物(PM2.5、O3、PM10、SO2、NO2、CO)為關鍵指標的京津冀及周邊區域未來7天空氣質量業務預報,引領了我國“國家-區域-省級-城市”四級空氣質量業務預報體系的迅猛發展,填補了國內空氣質量預報業務體系和技術體系空白,為環境管理部門綜合決策和重污染天氣預警應對提供及時、有力的技術支持。

  4.實施情況和主要特點

  該系統平臺依靠大規模并行計算和大數據存儲的高性能計算集群為支撐,具備數值模式集合預報、實時監測數據同化、污染過程分析、源識別和源追蹤等技術手段,實現大氣污染來源和污染貢獻的快速診斷。

  采用數值預報結合統計預報的集合預報的方法。為提高預報準確率,利用大氣化學監測資料同化系統滾動改進模式預報初始場;利用集合預報方法,發揮多模式和多方法集成優勢,應用集合統計方法生成最優預報。

  (二)成果創新性

  創新在京津冀及周邊區域開展空氣質量新標準實施后的區域環境空氣質量預報業務平臺,實現了以新標準常規六種污染物(PM2.5、O3、PM10、SO2、NO2、CO)為關鍵指標的京津冀及周邊區域未來7天空氣質量業務預報,形成環境監測系統新的核心業務。形成多項業務指導性的技術指南和專著,有效保障全國預報體系規范化建設,避免各地不規范建設導致的信息聯網和產品交換共享等問題,減少重復建設,有效整合全國各地建設成果,高效發揮全國聯網倍增社會經濟效益。

  創新在京津冀及周邊區域開展基于“五步法”的空氣質量預報工作流程,通過培訓交流的方式在全國范圍內推廣應用,并同時帶動全國環境監測系統空氣質量預報員人才隊伍建設,有效指導系統內成員單位開展轄區空氣質量預報業務,為大氣污染防治和環境質量達標管理提供技術支持。

  創新應用數值預報和集合預報技術開展新標準下的PM2.5和O3業務預報,在預報方法、預報模型、大氣污染監測資料同化、模式污染源清單編制、污染機理、污染源追因、公共服務、業務體系方面實現集約化技術創新,達到全國環保領域一流的應用技術水平,有效提高中國環境監測總站和全國環境監測系統整體專業競爭力,集成各方優勢資源,形成綜合倍增的科研應用和高效社會經濟效益。

  (三)成果實效性

  目前該平臺已經在中國環境監測總站應用近3年,平臺生成的預報指導產品已經向全國各級環境保護預報業務部門每日推送,支持京津冀及周邊區域重污染預警應急響應、大氣污染防治及其環境管理需求。

  自2013年10月以來,中國環境監測總站開展的空氣質量預報業務工作發揮了必要和重要的管理支撐作用,為社會公眾和管理部門提供了重要的環境空氣質量變化信息,為政府采取預警應急措施提供了必需的信息服務和管理依據,為重要活動(“兩會”、北京APEC、南京青奧會、南寧東盟博覽會、北京9.3抗戰勝利日閱兵活動、鄭州上合組織峰會、烏鎮世界互聯網大會、杭州G20峰會、北京一帶一路峰會、十九大、廈門金磚國家峰會)、重要節假日(春節、國慶節)和大范圍、長時間、區域性污染過程提供了關鍵的國家預報指導產品和預測服務,有力地支持和完成空氣質量保障服務。

  (四)成果可推廣性

  平臺可提供包括環境空氣質量預報預測、區域連續重度污染預警、應急預案技術支持、空氣達標管理技術支撐等預報技術產品,為環境管理部門重污染預警和應急管理提供重要技術支撐,為重要節假日和重大活動空氣質量保障提供技術保障。多年積累的系統平臺能力建設和業務預報實踐經驗、凝練的環境空氣質量預報技術指南和技術規范可為全國環保系統開展空氣質量預報提供技術培訓和技術參考。

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