摘要  综述了欧洲部分国家大气污染研究的进展情况。总的来说，进展速度很快，主要表现在：近年来在欧洲科学和技术研究合作组织（COST）领导下开展了大量的合作研究；气象和空气质量观测网点和观测项目迅速增多，所获得资料也逐渐公开化并在网上发布；无论是中尺度气象模式还是城市空气质量预报模式，更新换代的速度都非常快；建立了与空气质量有关的资料系统、预报模式、预报系统、决策系统和评估系统，并有机地结合成空气质量信息系统；制定了比较先进的城市大气污染研究的目标，如要开展城市污染气象学的研究、增加高分辨率的气象资料和空气质量的监测等。

    关键词： 大气污染  城市空气质量  预报模式  合作研究

1 合作使欧洲城市大气污染研究取得重大进展

    最近二、三十年以来，欧洲部分国家在科学技术上进行合作研究，取得了巨大的成就。数值天气预报就是很好的例子，20世纪五、六十年代美国借助于人才、资金和技术的优势，对数值天气预报的研究进展很快、遥遥领先。而欧洲则由于人才、资金的分散，落后很多。为了改变这种状况，以英法德三国为首在20世纪70年代，将分散的人才和资金集中起来建立了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)，并在1979年第一次成功地发布了中期数值预报。到了20世纪80年代，欧洲中期预报中心的预报准确率便赶上和超过了美国，这种优势一直维持到现在。

    20世纪90年代开始，在欧洲科学与技术研究合作组织(COST)的领导下，欧洲又开展了城市大气污染研究方面的合作。合作项目一共有6个，其中有4个（COST615、COST616、COST617、COST618）起始于1993年5月。开始时参加国只有5个（英国、法国、瑞士、丹麦和希腊），后来参加国越来越多，到1998年6月召开最后一次会议时参加国已达18个。这4个项目的总名称叫做：“为使欧洲城市有良好的空气质量而研究”（CITAIR），4个项目分别为：

  COST615——城市空气污染的资料库、监测和模拟；

     COST616——城区汽车产生的空气污染源；

 COST617——城区中常定的空气污染源；

     COST618——城市和田野上空大气污染治理中的规章制度制定和情报交流的方法。

    通过这4个合作项目的活动，参加国一致认为一定要使欧洲城市有良好的空气质量，才能满足社会和经济发展的需求。为此，要大大减少工业园区和电厂排放的污染物。此外，还要解决的问题是如何控制汽车尾气的排放。参加国一致认为欧洲要对空气质量的评估和管理建立统一的法规。参加国也一致认为欧洲要有统一的观测网和资料库，并已提出了基本构想。参加国还就4个合作项目进行了大量的学术交流。

第5个合作项目是：COST710——用于污染物扩散模式的气象资料预处理中的调试问题。将气象资料输入空气质量预报模式进行城市大气污染预报时，需要输入一些大气边界层参数，这些参数的计算被称为“预处理”。为了提高“预处理”的质量，COST710召开过4次会议，使大家对计算地面通量、摩擦速度和混合层高度的方法与能力，有了更深层次的认识。COST710活动始于1994年，于1998年秋结束。

有一个合作项目直至现在还在进行，即COST715——气象在城市污染问题中的应用。这个项目始于1998年，要到2003年才结束。城市污染问题的预报和研究，对气象有很大的依赖性。所需的气象信息是否合适和充分、气象“预处理”的质量，及与化学模式相配套的中尺度气象模式的预报效果，都与城市大气污染预报和研究的水平密切相关。COST设计这个合作项目的目的，是让参加国进行关于气象资料与污染物浓度资料、气象与化学模式以及其它相关信息的交换，对什么样气象条件下污染物浓度会超标进行充分的学术交流。此项合作虽然只进行了一半时间，但已取得了许多丰硕的成果。

2 气象和空气质量观测网点和观测项目迅速增多

没有足够的和适用的高分辨率的气象和物质浓度的资料，城市大气污染的预报和研究是没法进行的。

2.1观测网点

    近一、二十年在欧洲许多国家气象和空气质量观测网点迅速增多。以芬兰为例，芬兰是一个空气污染并不严重的人口小国（全国人口仅500万左右）。按欧共体的标准，它只有1个监测站测得了总悬浮颗粒物（TSP）超标，但截止1993年它在所有5万居民以上级城市都建立了空气质量观测网，共建立了31个城市监测网，112个监测站。

    基本天气站和探空站的数目没有很大的变化，气象观测站的增加主要表现在自动气象站（AMS）的增加上。如葡萄牙是一个经济不算发达的国家，面积不大（90000km2左右），人口也不多（1千万左右）。从1994年至今在非城市区建立了93 个自动气象站，其中78个在大陆上，其余在海岛上。自动气象站每10min收集1次资料，并与计算机相联，用户随时可以获取和使用资料。2000年葡萄牙在城市中建立自动气象站(指5万居民以上的城市)，共17个站，其中首都里斯本5个，波尔多3个，其它城市都是1个。

2.2 观测项目

    为适应城市大气污染预报和研究的需要，天气站、探空站、自动气象 

站都增加了许多观测项目。如前述的葡萄牙所建的自动气象站，其观测项目除了常规的地面气压、1.5m处的气温、相对湿度、降水和10 m处的风向风速外，还增加了2m处的辐射、5cm处的温度、－10、－20、－50、－100cm处的土壤温度。显然，这些增加的项目对于计算边界层的参数都是十分有用的。在欧洲天气站和探空站没有明显的增加，但是在一些国家气象站的观测项目有所增加，这些项目和城市大气污染预报与研究关系十分密切。如法国气象站增加了在10m和35m 2个高度上进行湍流通量和湍流脉动量标准差的观测。在挪威的2个最大城市奥斯陆和卑尔根的气象站,增加了地面长波和短波辐射通量观测，在夏天还加上了地面潜热通量的观测。这些观测对“预处理”都是十分需要的。此外在农田和森林区有10个气象站也增加了地面通量的观测，这些观测对于城市污染物长距离输送的研究是很有价值的。

需要指出的是,欧洲国家之间人口面积相差很大，工农业布局以及经济发展水平也很不一样，所以各国的空气质量观测项目很不相同。例如挪威空气质量良好，所以空气质量监测站只有少数进行常规观测，大多数只在冬季对NOX/NO2进行监测。葡萄牙的空气污染问题主要是汽车的尾气排放问题，所以葡萄牙空气质量监测站主要对SO2、NOX、TSP和O3进行监测，在某些大城市增加铅的监测，在２个炼油厂旁则增加碳氢化合物的观测。

2.3 气象资料和空气质量监测资料的公开化

在相当长的一段时期内，全国气象资料和空气质量监测资料都不属公开资料。尤其是气象资料，曾被认为一旦泄漏出去会危及国家的安全。但随着时代的发展，尤其是卫星遥感技术的发展，使这种观念发生了变化。因为在不久的将来，就可以通过卫星遥感获取全球的气象资料。美国著名气象学家Anthes认为，这个时间是2025年。与此相类似，全球的空气质量监测也可以通过卫星遥感来实现。实际上，目前美国科学家已经可以利用卫星遥感资料，画出某些空气污染物长距离输送的四维（三维空间加时间）图象。显然，气象资料和空气质量监测资料的保密将越来越没有意义。美国国家环境预报中心（NCEP）率先在网上向用户提供1日4个时次全球2.5°× 2.5°的大尺度气象资料，垂直层次为17层。这些资料也包括许多“预处理”物理量，如各种地面通量。前述的欧洲中期天气预报中心ECMWF，由于它是由100多个国家和组织组成的，如要将资料公开，需征得全体成员国和组织的同意，所以对气象资料公开化的步子，就不如美国那么快，目前很多气象资料主要还是对它的成员公开。

欧洲有一些国家，如丹麦和挪威，已将部分的气象资料和空气质量监测资料在因特网上发布。当然，总的来说，欧洲各国对待资料公开化的态度是很不相同的，如意大利的天气站和探空站是归空军气象局管的，取用气象资料要按合同或征得地方政府的许可。但是资料公开化是大势所趋，很多欧洲国家资料虽未公开，但他们都对资料的收集、整理及保存做了大量的工作，建立了资料库。可以预见，这些资料一旦上网公开，使用是非常方便的。

3 中尺度气象模式的研制与引进

    一个高质量和高分辨率的中尺度气象预报模式，是城市大气污染预报的基础。在美国环保局（EPA）研制的第3代空气质量预报模式（Models-3）中，就有2个可供选择的十分先进的中尺度气象模式。一个是NCAR/PENN第5代中尺度模式MM5，它是由美国国家大气研究中心（NCAR）和宾州大学大气科学系（PENN）的一批气象学家经过20多年的努力联合研制成功的。另一个是美国科罗拉多州立大学Pielke教授等研制的区域中尺度大气模式系统RAMS。这2个模式都是非静力的。

    欧洲一些国家在进行城市大气污染的预报和研究时，分别引进了这2个模式。引进这2个模式需有较好的气象科研基础。挪威的气象科研水平比较高，著名的卑尔根学派又叫挪威学派，正是他们将锋面和气团的学说引入天气学，奠定了天气分析的基础。挪威气象学家引进了MM5，把它嵌套在欧洲七国（丹麦、芬兰、法国、荷兰、挪威、西班牙和瑞典）联合研制的水平分辨率为10km的高分辨率有限区域模式系统（HIRLAM10）上。MM5本身也有两重嵌套，粗网格分辨率为3km，细网格分辨率为1km，这个分辨率在欧洲是最高的，同时也已达到了MM5的极限能力。挪威空气研究所（NILU）将MM5联到前述的空气质量信息系统（AirQUIS）的排放模式和城市尺度数值扩散模式上进行空气质量的预报。意大利和西班牙则分别引进了RAMS。意大利气象研究所将RAMS联到一个大气污染物扩散模式上进行城市大气污染预报。西班牙的地中海环境研究中心,则是将RAMS联到一个变格点的城市污染物浓度预报模式UAM-V上来作预报。

在气象模式方面，欧洲联合设计了欧洲中期数值预报模式，后来又联合设计了高分辨率的有限区域模式系统并都获得了成功，但他们好像就此止步了，并没有联合设计中尺度的气象模式。欧洲一些国家独立设计了中尺度气象模式，其中比较成功的是法国气象学家Aladin设计的ALADIN中尺度气象模式，它每天都发布中尺度预报，1日2次，每次预报36h，为各种空气质量模式提供气象资料。葡萄牙也在用ALADIN模式，主要用于计算与边界层密切相关的一些气象场及气象参数，如海风以及里斯本地区每日混合层高度和通风指数的最大值等。无论法国还是葡萄牙都没有直接将ALADIN模式联到空气质量预报模式上去。有些国家既没有引进也没有研制中尺度气象模式，但它们设计了一些模式专门计算“预处理”的物理量，供空气质量预报模式使用。例如英国环境科学部的大气科学研究组（ASRG）,就设计了一个这类模式。

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