气象部门如何预报雾霾

文/上海市公共气象服务中心 

 

如今,雾霾问题已从单纯的环境问题变成了社会问题,公众十分关注与雾霾相关的信息。许多人都很好奇,气象部门是如何预报雾霾的呢?
如何监测雾霾
要预测雾霾先要“捕捉”到它,而这也是气象工作者想要攻克的技术难题。
基于地面固定站点的观测仪器虽然可以监测大气污染物浓度,但观测结果只能代表站点所在区域的大气污染情况,难以全方位反映大气污染特征。卫星遥感监测正好弥补了监测点分布不均的问题。卫星遥感数据可以快速反映出区域PM2.5的空间分布和变化过程,能更宏观地从“面”上显示空气质量。目前,卫星遥感监测技术已成为我国治理大气污染的新手段。
气象部门凭借卫星遥感监测技术可以了解PM2.5、PM10等大气污染物的空间分布和变化过程,并且动态监控沙尘、秸秆焚烧等大气污染来源。利用卫星遥感技术监测雾霾,可以收集到区域连续的监测数据,通常每平方千米就能获取一组数据,这样的监测密度是普通地面监测站点所达不到的。不仅如此,卫星遥感监测还可以实现对气溶胶光学厚度、颗粒物质量浓度和污染气体柱浓度的监测,这有助于气象部门预测雾霾。
当然,要做到对污染的精确监测,只依靠卫星遥感数据还不够,必须“点面结合”,配合近地面实时监测数据的核验。不过,卫星遥感监测和地面监测相比精度还是略差一点,PM2.5等污染物的具体监测数据还是以近地面监测数据为准。

如何预测雾霾
既然要给雾霾“把脉”,当然不能雾里看花,对雾霾的预报必须建立在科学预报体系的基础之上。简单来说,雾霾预报分为3步:1.采集气象要素及大气成分数据;2.通过数值预报系统运算观测数据;3.开展会商并修订预报结论。
雾霾及空气污染气象条件预报的第一步是数据采集。要采集的数据主要为气象要素数据和大气成分数据。气象要素数据包括气温、气压、降水、边界层特征量实况演变及其他参数。这部分数据主要靠气象观测站采集,同时参考卫星遥感数据,用以确定是否会出现雾霾。大气成分数据包括PM10、PM2.5、PM1和一些气态污染物等。这部分数据来源于气象部门在全国范围内设置的百余个环境监测站,以及中国环境监测总站。
数据采集到位后,下一步就是对数据进行分析。除了基本的气象要素及大气成分数据外,气象专家还需要考虑高空环流型变化、低层环流及温度场、冷空气活动及地面气压场变化等。根据相关影响因素,气象专家会搭建运算模型,通过电脑上的数值预报系统运算出结果。
目前,在京津冀、长三角、珠三角地区分别成立的区域环境预报预警中心都研发了“雾、霾及空气污染气象条件数值预报系统”,同时,由中国气象科学研究院自主研发的“中国雾霾数值预报系统”也在环境气象中心的工作中承担了重要作用。只要将观测数据输入上述数值预报系统,预报员就可以根据不同的侧重点,将电脑运算的客观结果制作成不同的预报产品。
预报员在长期制作预报产品的过程中积累了大量经验,他们可以基于主观经验,对数值预报结果进行修订和加工,得到更准确和更符合当地情况的预报结论。因此,加强会商也是提高雾霾预报准确率的有效手段。
此外,雾霾往往会同时影响多个省份,要想准确判断其发展趋势,还需要受影响区域的气象部门相互印证和比对各自的预报结论。
以上会商都在气象部门内部进行,当出现重污染天气时,气象部门还会加强与环保部门的会商。环保部门关于污染物排放情况以及大气化学成分的分析,将在气象部门制作预报的过程中起到关键作用。

分清雾霾预报与空气质量预报
“今天上海中度霾,空气重度污染??”大家听到这样的天气预报时,常常会感到困惑,分不清雾霾等级和空气污染等级。其实,我们不应该把雾霾和空气质量混为一谈。
雾和霾自古有之,它们本是一种自然的天气现象,但如今人为因素已成为引发雾和霾的主要因素,于是,雾霾和空气污染紧密地联系在了一起。雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统;霾是空气中微小颗粒物造成的大气混浊的现象。雾霾会造成能见度下降,所以能见度是衡量雾霾强度的重要指标。然而,能见度却不是衡量空气质量的主要指标。
由于污染物排放等原因,雾中小水滴的凝结核和霾中微小颗粒物之中都包含着有毒有害物质。再加上雾霾发生时天气静稳,容易导致污染物累积,所以往往雾霾越严重,空气质量越差。然而,雾霾的出现并非就一定表示空气质量差。归根结底,污染物是影响空气质量的根本,如果空气中的污染物很少,即使达到了静风、逆温等气象条件,空气质量等级也会很好。
另外,如果大家留意的话,会发现除了雾霾预报,气象部门还会发布空气污染气象条件预报。它与雾霾预报有什么区别呢?空气污染气象条件预报是在评估气象条件是否有利于污染物的稀释、扩散、聚积和清除。比如,较强的气流可以迅速将污染物吹散,明显的降水也可能清除雾霾;而在冷空气较弱、气压较稳定的情况下,雾霾则不易消散。而雾霾预报则侧重于预报雾霾这种天气现象将在何时出现,程度如何,持续多久。

雾霾预报为何会不准确
雾霾的发生机制非常复杂,有些问题至今仍未研究清楚。因此,雾霾预报难度较大。并且,在预报过程中,细微的参数变化都会导致结果偏差。受观测资料、特殊地理环境以及模式预报能力等因素的影响,雾霾预报的准确率和精细程度与公众的期望值的确存在差距。
相比常规天气预报,雾霾预报除了需要天气要素数据外,还需要大气成分数据,而现实中污染源数据并不容易获得。如今,雾霾已不再是单纯的自然天气现象,人类活动在雾霾的发生发展过程中起到很大作用。因此,要想做好雾霾预报,还需要掌握更准确和详细的相关数据。另外,雾霾预报对近地层气象数据的精度要求较高,而近地层受地面粗糙度、植被及城市热岛效应等因素左右,所以数值预报产品的雾霾预测与实际情况相差较大。

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