民间预报雾霾：三科学家发起空气质量预报

一个名为“矮马预报”全国空气质量预报网站进入了公众视线。虽然界面略显简陋，网站功能却很强大。公众不仅可在此（http://www.wuranyubao.com.cn）查看未来五天内全国范围空气质量分布，还可具体查看所在城市的空气质量数值（AQI）、首要污染物、风向等预报信息。网站同时提供关于官方监测数据与历史预报值的比对，以便使用者甄别预报结果的准确性。

空气质量预报，俗称空气污染预报。公众可将空气质量预报的内容直观理解为，利用环境和气象信息，对未来一段时间的空气质量做出定性或定量的预报，如会否出现灰霾天或沙尘暴、PM2.5  或臭氧等污染物质的浓度水平是多少等。

在“矮马预报”之前，中国并不是没有空气质量预报。实际上，中国官方部门从  20  年前起就开始对部分重点城市开展空气质量预报。2000  年后，中央电视台的全国天气预报节目也开始播报一些城市的空气质量预报信息。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。但是，全国范围的空气质量预报至今没有真正开展。

从这点上看，“矮马预报”在一定程度上弥补了该领域的空白。它不仅突破了国内官方空气质量预报系统仅作当日、当地预报的惯例；更重要的是，它是由三名科学家自筹经费、利用业余时间搭建的，并许诺终身免费向公众开放空气质量预报结果。

北京大学环境科学与工程学院教授谢绍东是“矮马预报”团队成员之一。他认为，不论是为了满足老百姓生活出行的实际需求，还是为政府进行污染防控、污染物减排规划提供参考依据，空气质量预报都有必要突破城市尺度。毕竟，空气是流动的，污染物也是流动的，了解污染物的区域运动趋势和互动关系更有利于污染防控工作。

空气质量预报一般有两个取向，数值模式或统计模式。前者依靠好的模型，后者依靠好的历史数据。由于国内对空气质量的历史监测数据有限，且几乎不对非政府部门开放，国内很少采用统计模式。

“矮马预报”采取的是数值模式，但同样困难重重。数值模式需要三项基础工作：对未来气温、风向、降水等天气情况的预测，即依赖于准确的天气预报；掌握某地及周边区域污染物排放情况的详细信息，这需要穷尽自然和人为污染源的排放物种类和排放量数据，即掌握即时或最新的“污染源排放清单”；一套可以准确模拟大气中污染物质的物理化学变化的空气质量预报模型。

2011  年，当“矮马预报”发起人之一，美国佐治亚理工学院高级研究科学家胡泳涛找到曾经共事的谢绍东和同门王雪松（北大环科院副教授），决心搭建一个全国性的空气质量预报模式时，这三项基础工作，他们几乎都不具备。

不过，好在三人也不是从零开始。实际上，“矮马预报”团队三人具有  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。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 8  年多，谢绍东曾主持多个城市与区域的污染源排放估算和预测研究，王雪松也是区域大气复合污染、大气化学以及空气质量数值预报方面的好手。

三人一拍即合。“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。如果最终能推动政府来做这个事，更好。”谢绍东说。

随后两年，三人以各自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。

至  2013  年  10  月，一个全国性的污染源排放清单基本完成。与此同时，团队成员在美国环保局研发的、国际上目前使用最广泛的空气质量模型“区域多尺度空气质量模型（CMAQ）”的基础上，结合中国情况进行改进，得出一个升级版本。至此，准备工作结束。团队自筹经费花  10  万元购得的小型超级计算机“矮马”出场，开始预报全国空气质量。

胡泳涛介绍说，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。

虽然团队成员对矮马预报的预报结果信心满满，但有心者仍可从历史数据比对中发现，“矮马预报”发布的数值与实际情况存在一定偏差，在一些时段，如秸秆燃烧季，偏差则更大。

对此，矮马博客解释说，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，将轻度污染预报为邻近级别的中度污染或良，其偏差水平已是国际领先。

污染源排放清单的可靠性，是影响预报结果的另一重要因素。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，但这多属科研机构的科学研究项目，空气质量预报涉及的业务部门（环保和气象）尚未发布公开、可及的、官方认可的全国性空气污染源排放清单。

胡泳涛坦陈，由于缺乏权威数据比对预报或者模拟结果，团队甚至很难评估自行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尴尬。

北京气象学会一位高级工程师对此评论说，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，民间预报权威性有限，毕竟他们不对预报结果的对错负任何责任。”她说。