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矮马预报:民间预报雾霾三人行

今年6月份上线的矮马预报,和它的名字有点不像。它更像一匹黑马,冲入了空气质量预报的战场,并且以它的中立性和准确性被人们称道。

矮马的名字来自于一台名叫“矮马”的小型超级计算机,正是这台超级计算机,为矮马预报提供了强大的计算能力。在矮马预报的官方网站(www.wuranyubao.cn)上,一匹由小朋友绘制的小马驹LOGO给这个严肃的空气预报网站带来了一丝童趣。在矮马预报的网站上,最核心的位置是一幅中国地图。每天,全中国的空气质量都会显示在这张图上,一目了然。

矮马团队的3位开发者,全部毕业于或任职于北京大学。50岁的谢绍东现为北京大学环境科学与工程学院教授;42岁的王雪松现为该院副教授;44岁的北京大学环境科学专业博士胡泳涛,现为美国佐治亚理工学院高级研究科学家。

这个由3位科学家组成的团队,分工根据各人研究方向而定——胡泳涛和王雪松主要从事空气质量模式开发与应用,谢绍东的专长之一则是污染源排放估算和预测。

矮马的准确性在最近几日的预报上就可见一斑。尤其是1127日,天色虽然暗沉似雾霾压境,但是矮马预报仍然给出了良的AQI指数。经过数据比对发现,1127日的天气暗沉是由于阴天所致,北京地区空气测试点表现出的读数良好,城区内奥体中心附近的PM2.5读数只有14,而一贯洁净的密云的PM2.5指数只有3

准确率为何这么高?

谢绍东在接受记者采访时说,要想知道矮马预报为什么准,就要了解矮马预报到底是怎么工作的。

矮马预报绝不是普通人想象中的只看几张云图,或者计算几个数据。“矮马”这台小型超级计算机每天的工作是相当忙碌的。

据了解,目前全世界的空气预报的基础数据都来自于两大中心。一个是美国国家气象中心(NWC),另一个是欧洲中期天气预报中心(ECMWF)

他们根据遍布全球的气象卫星,其中就包括我国的“风云三号”,以及相关的数据运算得出全球基础气象数据,为全世界提供气象预报的基础资料。各国下载本区域的数据后,再根据各国不同的地理情况、气象条件等进行本地化的调整,最后得出本地区的准确气象预报。

目前,中央气象台就利用的是欧洲中心提供的基础数据。而矮马预报的基础气象数据也源于这两大中心。

基础数据拿到了只是第一步。预报准确与否,关键在于本地化处理的程度。“我们的强项就在本地化处理这方面,尤其我们对近地面的空气质量掌握是很有信心的。”

传统的天气预报,关注的是大气边界层,也就是高空的天气状况。它预报的重点是大气中风力、湿度、温度、降水等的情况。一些官方的气象预报单位都是这一类型的预报。

而随着人们对诸如PM2.5之类的污染物的关注,近地面空气质量的预报渐渐被人们重视。而矮马之所以对近地面空气质量预报十分有信心,源于他们的两大优势,一个是专业的算法模型,另一个是对污染源数据的不断校正。

主攻技术的胡泳涛介绍,矮马能够预报空气质量,源于其采用的经过胡泳涛改进的国际上最先进的“区域多尺度空气质量模型CMAQ”。模型运算时,一般要把模拟区域上空的大气层,分成厚度不等的若干层,越接近地面,厚度越小。同时在水平方向上,也将区域分隔成成千上万个相同大小的方格子。空气质量模型就是针对每个这样的格子来计算空气污染物浓度。经过这个模型,矮马预报甚至能给出全国9平方公里内的污染物情况。

此外,对污染源的掌握,也是矮马预报准确的法宝。“我们是非官方的组织,肯定拿不到污染源具体的经纬度。但是我们有一套反演技术,能保证这个参数越来越准确。”谢绍东介绍说,环保部有一个监测总站,每天对全国100多个城市的PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等物质进行监测。而矮马预报的超级计算机每天都会将预报和这些数据进行比对、校正。一段时间后,就能掌握污染源的数据以及确定污染源的位置和污染源每日变化的情况了。将这些数据加入运算,就能得出更为准确的空气质量预报。

矮马其实并非完美

虽然有国际上最先进的空气质量预报模式作基础,“矮马预报”团队仍面临许多困难。

“实际上,目前国际最高水平的空气质量预报准确性仍只有70%左右。”谢绍东说,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%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。所以,即使是国际最高水平的预报,也无法百分之百准确地预报空气质量。

其次,污染源排清单的缺失还是矮马预报中的一个痛。即使矮马使用了“反演技术”来不断校正污染源数据,但是它只能不断接近事实,而无法敌得过一张完整可靠的全国性空气污染物排放源清单。而遗憾的是,目前尚没有政府主导的公开、可随时查询的全国性空气污染源排放清单。

而且对空气质量模式来说,还有很多不可控的因素。比如秸秆焚烧是一个非常无组织无规律的源排放种类。如果不是实地调查或事后跟踪,很难对焚烧的时间、地点及焚烧量做到准确估计。除此之外,突发沙尘暴、节假日出行规律突变等也会明显影响预报准确率。而复杂地形、海陆环境等也会造成因数值模式的技术原因导致的预报准确性偏低的问题。

承诺永远坚持公益性质

迅速走红的矮马预测,毫无疑问地吸引了很多想投资或者合作的人们。但是矮马预测都一一回绝了。

“矮马预报建立的初衷就不是为了赚钱,而是想为空气质量的好转出一份力。”谢绍东说,“所以我们大着胆子做矮马预测,就是想通过民间的力量,对空气质量预报工作起一个推动的作用。通过一种官方和民间组织相互支持、相互促进的方式,将空气预报工作推到一个更准确更透明的水平上。所以我们坚持公益的性质,承诺终身免费,我们也不想掺杂商业成分。”

目前,矮马团队表示,尚不存在资金短缺问题,因为开销并不多,主要是人力投入。

在谢绍东看来,矮马空气质量预报一方面可以为公众提供空气质量预报信息,起到更好的健康保护作用。另一方面,矮马预测也希望能通过预报的方式,慢慢改变人们的生活方式。比如,一旦预报了未来污染天气出现的情况,看到预报的人们如果改用更环保的出行方式或者生活方式,就能一定程度上改变污染程度。

“如果矮马预报能得到人们的信任和认可,就会起到这样的作用,这也是我们希望能看到的改变。毕竟对保护空气来说,每个人都可以做很多。”谢绍东说。

就像当初取这个名字时的含义:矮马是你,矮马是我,矮马会长大。矮马预报也有自己的理想。未来,矮马团队希望“矮马预报”能够为地方政府空气质量预报机构提供第三方的独立预报,并成为地方政府机构提高人工预报准确性的重要参考平台。