原標題：PM2.5，準確預報到底難在哪？
「不到10小時，PM2.5的實時濃度就從50微克/立方米上升到了七八百微克/立方米，並最終攀升到1500微克/立方米，成霾速度之快，數值之高，我們的空氣汙染預報模式真是沒『見過』啊。」對於北京那場快速成霾的空氣汙染，中科院大氣物理所研究員王自發仍然記憶猶新。
無獨有偶，在短期高濃度霧霾面前，預報模型「少見多怪」的事情並非這一件。「上海霧霾最嚴重的那次，預報人員大著膽子報了個每立方米300多微克，結果第二天實際監測數據是每立方米400多微克。」清華大學環境學院教授賀克斌介紹說。
如今，很多人每天出門前除了關心天氣狀況外，又多了一項關心的新指標，那就是空氣汙染狀況。我們每天看到的空氣汙染監測值正是基於預報系統模擬測算出來的，除了那些極端情況，霧霾預報的準確率到底有多高，怎樣才能提高準確性，讓預報預警更好地為應對工作爭取更多時間？科技日報記者走訪了相關專家。
空氣汙染預報是如何做出的？
中國氣象科學研究院副院長張小曳告訴記者：「霾的核心物質是空氣中懸浮的幹塵粒，也就是幹氣溶膠粒子，而由於在實際的大氣中沒有氣溶膠粒子作為雲霧的凝結核就無法形成雲霧，所以霧和霾的背後都與氣溶膠粒子有關。」也就是說和天氣預報一樣，空氣汙染預報也是基於一定的模型，在模擬系統裡進行。它也同樣存在著穩定性差異、預報準確率差異等。
「國際上現有氣溶膠模擬與空氣品質預報模型有一類是離線的，缺少氣溶膠與氣象場之間的相互作用，這樣的模型就沒有在線的準確；預報模型中還有一個重要的部分就是將氣溶膠分不同的粒度檔模擬，這樣才有利於模擬出氣溶膠與雲霧的相互作用。」基於對國外現有模型的研究和分析，張小曳團隊建立了我國自主研發的預報模型，它規避了離線模型的弊端，整合了分檔模型的優勢，在全國範圍內正式投入使用。
自上世紀八十年代末開始張小曳就一直致力於氣溶膠的研究，是我國較早從事氣溶膠研究的科學工作者之一。在科技部973計劃項目的支持下，他所領導的團隊先後承擔了「氣溶膠及其氣候效應」和「氣溶膠、雲、輻射反饋、亞洲季風研究」兩個項目。
所研發出的數值預報模型在2012年秋天正式在中央氣象臺做全國範圍內的霧霾業務預報，結合中央氣象臺常規天氣學方面的預報，二者有效結合向全國發布霧霾預報。今天，我們打開中央氣象臺網頁，看到的就是這個預報結果。
「這個系統在去年年初北京及其以南區域的持續性霧霾，國慶前和期間的霧霾、10月底東北、以及12月初長三角地區的重大霧霾中，都做出了較好的預報。」
「我國的霧—霾預報系統在2010年、2011年連續兩次參加國際空氣品質預報大會，作大會特邀報告，WMO還以此預報系統為基礎設立了先導性項目。」張小曳介紹說。
空氣汙染預報遭遇哪些難題？
「空氣汙染預報的確是一個比較困難和複雜的問題，但同時也至關重要。控制重汙染天氣涉及到汙染源消減、交管局採取相關措施等，但如果預警時間太短，就沒有足夠的時間進行有效地控制。」王自發說，「這就要求我們預報預警時間提前，提前得越多，越有充分的時間進行更好地控制。」
從去年1月份開始，中國大範圍出現霧霾天氣，為了有效提前預報預警的時間，王自發研究團隊對成霾過程進行了模擬，探究霧霾成因。
「現在他們模擬的數據已經基本上比較接近實際了，能夠提前3天到7天就預報出來會不會有下一次霾。但是汙染最重的霾的峰值往往模擬不出來，問題可能就在於汙染最重的時候，有一些化學過程和機制我們沒有認識清楚。」中科院生態環境研究中心研究員賀泓告訴記者。
除了在時間上的爭分奪秒，預報的準確率也至關重要。搞了20多年大氣汙染預報的王自發說：「大家總會問我一個問題，天氣預報準確率是70%，你們的汙染預報呢？排放源不準確，50%準確率不錯了，70%乘50%是0.35，事實上這是個很大的誤區。」
排放源不準確，每天之間有很大的誤差。如果風比較大，超過5米每秒或者更大，汙染就乾淨了，所以關注小風、靜風天氣的預報，靜穩天氣強度、持續時間，預報準確度至少可以接近天氣預報準確率的。」
對於有時公眾所感受到的能見度與汙染指數不符的情況，張小曳告訴記者：「這是只考慮了霾，沒有考慮霧對能見度帶來的影響的結果。」
「我們現在監測到的PM2.5能夠影響能見度，但沒有監測到的相當一部分PM2.5在一定的氣象條件下已經成為雲霧的凝結核，形成了雲霧滴，這部分細氣溶膠粒子就沒有被監測到，而影響能見度的既有空氣中的PM2.5粒子還有那些已經形成的雲霧滴，這時公眾看到的PM2.5預測值不高，但能見度卻很差。」
提高預報水平需多部門協同創新
賀泓坦言，由於歐美發達國家大氣汙染問題具有明顯的階段性，而我國大氣汙染物問題屬於特有複合汙染類型，因此發達國家在大氣汙染治理過程中並未經歷過我國所面臨的新老問題集中爆發的狀況，我們尚無直接的國際經驗可借鑑。
老問題遇到新情況，每當發生快速成霾且汙染很重的時候，我們的預報就不夠準確，這也是科學家一直想解決的問題。賀泓分析一種可能的原因是二次顆粒物在PM2.5中佔比增加，導致PM2.5的成分變化，造成消光的效果加強。這個假設目前已經得到了一些實驗室模擬和外場觀測數據的支持。
中科院大氣物理研究所王躍思研究團隊在河北省興隆縣有一處位於燕山深處的觀測點，2013年1月6日到16日，這個觀測點的霧霾比北京市輕得多，PM2.5的濃度大概只是北京的三分之一。此地空氣中二氧化硫濃度和北京市差不多，可是硫酸鹽濃度卻比北京市低得多。進一步研究發現，成霾的時候，北京市的氮氧化物濃度要比興隆縣高得多。研究表明在某種合適的條件下，大氣中的礦質顆粒物和氮氧化物可以起到催化劑的作用，催化空氣中的二氧化硫向硫酸鹽轉化。
「在大氣複合汙染的條件下，汙染物之間相互反應，造成大氣氧化性增強，氣體向顆粒物的轉化在加快。」賀泓說。據他介紹，近10年來，中國大氣中二氧化硫排放總量呈下降趨勢，但是硫酸鹽氣溶膠卻沒有明顯下降。二氧化硫是二次顆粒物裡面一個重要的前體物，前體物下降，二次顆粒物卻沒有下降，這說明更多的二氧化硫轉化成了硫酸鹽，說明轉化速度快了。「在大氣複合汙染的條件下，汙染物之間相互反應，造成大氣氧化性增強，氣體向顆粒物的轉化在加快。」
除了二次汙染物在「作怪」，張小曳在記者截稿前還在特別強調氣溶膠與氣象場之間、氣溶膠與雲霧之間相互作用的重要性：「霧和霾是兩個不同的天氣現象，但它們有時會同時存在、相互影響。」
「空氣汙染預報的相關技術是一個系統工程，需要將觀測和數值模擬有效地結合起來，多部門協同創新；它也絕不僅僅是一個單一的、孤立的研究對象，需要考慮氣象環境等因素所帶來的影響，我們的工作還任重道遠。」張小曳說。（科技日報北京1月22日電）
(來源:科技日報)