推荐国家科技进步奖项目公示-中国科学院大气物理研究所

3 项目简介
空气质量预报模式属于大气污染防治工程领域的核心技术，模式研制涉及诸 多学科，是一个复杂的系统工程。我国重污染天气频发，来源复杂难辨，直接引 进国外模式难以准确表征。亟需自主研制模式，服务于科学应对重污染天气和量 化跨界传输等国家重大紧迫需求。
历经 20 余年持续攻关，本项目突破我国区域大气复合污染预报模式研制瓶 颈，创新研制集多污染类型和多尺度为一体的空气质量预报模式，实现了全球、
部分成果获得中国科学院杰出科技成就集体奖。 (三) 相关成果技术的比较评价
欧盟科技行动计划（Cost Action ES0602，包括 13 个国家和 22 个研究机构） 撰写《欧洲区域空气质量预报业务模式研究进展》综述性论文（Atmos. Chem. Phys., 2012, 12:1-87）中将本项目发展的模式不确定性技术列为此领域代表性方 法。此文列举了未来 5 个优先发展领域，其中“双向嵌套技术”和“资料同化” 技术我们已发展成熟，“NAQPMS 模式在国际主流文献中于 2001 年最早报道双 向嵌套技术，美国哈佛大学于 2014 年报道 GEOS-Chem 采用该技术（” 查新报告）。
2、多元同化反演。提出模式不确定性分析新方法，率先提出动态优化浓度 场、跨物种同化、污染源反演以及多污染物协同约束同化方案，率先研制了国际 领先的大气化学资料同化系统，源清单不确定性下降 30-40%，重污染预报误差 下降 30%。
3、精细溯源追踪。率先提出二次污染物(PM2.5 和臭氧)模式溯源追踪新技术、 大气环境容量和承载力模式新算法，创新重污染应急调控模式计算方法，研制空 气污染多地区多行业溯源实时追踪和动态调控系统。解决了跨界输送量评估难题， 利用自主模式科学判定跨界输送量，指出我国对日本酸沉降输送不超过 15%、臭 氧不超过 5~10%、大气汞对美洲影响不超过 5%，远低于国外模式结果，为国家 平息国际环境争端提供了科学支撑。
发展的模式误差分析同化方法被“法国国家空气质量模式(CHIMERE)列为 下一步研发目标”(Geosci. Model Dev., 7: 283-302)。“沙尘暴资料集合同化”被日本 学术会议委员、国际地圈生物圈计划（IGBP）和国际气候研究计划（WCRP）日 本工作组成员 Sekiyama 博士评价为“亚洲资料同化领域的前沿引领性研究工作” （Atmos. Chem. Phys., 2010,10:39-49），被国际同行视作最早利用“集合卡尔曼滤 波同化气溶胶源的工作之一”，“成为资料同化最有前途领域的代表性工作” （Atmos. Chem. Phys., 2013. 13: 3481–3500，这个技术和“考虑模式误差的污染
环境保护部环境监测司评价 NAQPMS“是我国空气质量数值预报预警的核 心支撑技术，也是落实国务院《大气污染防治行动计划》的关键技术”，预报技 术已在“在我国国家环境预报预警中心”，“京津冀、长三角和珠三角区域预报预 警中心及全国 16 个省（直辖市）开展了业务化空气质量数值预报预警工作”，“占 已开展空气质量数值预报预警业务省份的 60%, 其中 14 省份是首次开展数值预 报预警业务”，“支撑全国空气质量预报预警业务化工作的开展，提升了国家环境 空气质量预报业务水平，为国家地方空气质量管理工作提供了重要科技支撑。”
NAQPMS 是我国近 10 年来重大活动空气质量保障的核心支撑技术，直接被 北京奥运、上海世博、广州亚运、南京青奥、北京 APEC、9.3 阅兵和 G20 峰会 等重大国际活动空气质量保障中采用。
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源反演”均在“相关国际主流模式的文献中最早报道”（查新报告）。 NAQPMS 模式的大气污染物数值溯源技术在相关国际主流模式的文献中最
早报道，被丹麦奥胡斯大学高级研究员 Hansen 评价为“能够比传统方法提供更准 确的源解析结果”(Atmos. Chem. Phys., 12: 2615-2629)。
组织国际模式比较计划是模式研制能力国际影响力的重要体现。主持亚洲空 气模式国际比较计划(MICS-Asia III)，被全球大气化学研究计划(IGAC) 2014 年 8 月新闻简报重点报道。 (四) 业务应用部门评价
NAQPMS 模式是科技部和环保部联合推荐的大气污染防治先进技术，入选 环境保护部《环境空气质量预报预警方法技术指南》、作为唯一的国产数值模式 入选《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》、系列《排放清单编制技术指南》。
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4 客观评价
本项目发表 SCI 论文 103 篇，SCI 引用 2651 次，他引 1771 次；取得软件 著作权 14 项，获得国家发明专利 2 项 (一) 项目验收意见
2009 年 1 月 19 日，以唐孝炎院士、徐祥德院士为首的专家组对项目部分成 果进行验收，验收意见指出：NAQPMS 实现了“在北京及周边地区空气质量的数 值模拟与预报”，“成果为制定北京 2008 奥运会空气质量保障方案提出了科学依 据，为北京 2008 奥运会成功实施空气质量保障做出了应有贡献。” (二) 国内外重要科技奖励
NAQPMS 模式的沙尘模拟能力被美国地球物理联合会（AGU）和美国气象 学会（AMS）两会会士 Muhammad 教授在其综述性论文（Rev Environ Sci Biotechnol, 2012, 11: doi:10.1007/s11157-012-9282-y）中认为 “很好地适应区域沙 尘暴个例的模拟”。多相态污染物相互作用模拟能力被国际地貌地理协会前主席 Andrew Goudie 教授在其综述论文（Environ. Int., 2013, 63:101-113）中作为亚洲 矿物气溶胶与人为无机盐相互作用的代表性成果所引用，成为中国大陆唯一被引 用的数值模拟工作。J. Geophys. Res.-Atmos.前主编、世界科学院院士刘绍臣教授 课题组在 JGR 等杂志上评价该模式为“相比目前国际主流模拟，对东亚地区沙尘 表面非均相过程的刻画更接近观测”(J. Geophys. Res. Atmos., 119, 6803–6817)。
作为科技部和环保部联合推荐的大气污染防治先进技术，NAQPMS 被国家 环境空气质量预报预警、源解析、源清单编制等系列技术指南选用，直接支撑了 国家重污染天气预报预警体系建设，成为国家环境质量预报预警中心、京津冀、 长三角和珠三角等 40 多个业务平台的核心预报工具，实现了我国空气质量预报 预警水平的跨越式MS 是科技部和环保部联合推荐的大气污染防治先进技术，是我国环 保系统四个层次(国家、区域、省、市)空气质量预报预警业务平台建设采用的核 心支撑技术，已在中国环境监测总站国家环境质量预报预警中心、三大区域预报 预警中心(京津冀、长三角和珠三角)、全国 16 个省（直辖市）、7 个副省级城市 等投入业务运行，覆盖国土面积 300 多万平方公里，人口 5 亿，是 14 省份首次 开展该项业务使用的首选技术。特别是 2016 年 12 月提前 3 天预报出我国东部 16-21 日的大范围重污染过程，并预测了红、橙色预警应急措施对空气质量改善 的影响，成为我国首次大范围同时采取重污染控制应急措施（包括北京天津在内 的 23 个城市红色预警，9 个城市橙色预警，涉及 6 省市）的决策科学依据。
环境保护部大气环境管理司认为 NAQPMS 模式“提前 3-7 天较好地预报出我 国重污染的影响范围、形成及持续时间”，在我国“组织拟订重污染天气应对政策 措施发挥了关键作用”，“为我国统一发布包括红色预警在内的空气重污染预警、 开展联防联控、部署应急措施发挥了关键支撑作用，显著减少了重污染的影响范 围、削减了污染物浓度峰值、缩短了污染时长”，是我国“推进以改善环境质量为 核心各项工作有效开展的关键技术”。
推荐国家科技进步奖项目公示
1 项目名称
嵌套网格空气质量预报模式（NAQPMS）自主研制与应用
2 推荐单位意见
推荐单位：中国科学院 我国重污染天气频发，面积大、类型多、时空变化迅速、来源复杂难辨。空 气质量预报模式是实现准确预报和精准调控的核心工具，直接引进国外模式不能 满足此重大国家需求。 历经 20 余年持之以恒的努力，该项目突破了我国区域大气复合污染建模原 理和预报关键技术，攻克了重污染形成关键要素选取与动力学关联、双向嵌套、 资料同化、污染溯源与过程追踪和高效算法等技术难题，实现了各类复合污染从 全球、区域、城市群到城市的全尺度嵌套耦合建模，研制了我国自主创新的嵌套 网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)。经过前后 10 余年在北京、珠三角、长 三角、京津冀及全国业务化实践，建立了以 NAQPMS 为核心的国家空气质量模 式预报方法体系，为北京奥运、上海世博、广州亚运、南京青奥、APEC 峰会、 9.3 阅兵、G20 等重大国际活动空气质量保障提供了关键支撑，形成了集预报、 溯源和调控评估为一体的国家重污染天气预报预警业务平台，实现了国家-区域 －省-地市无缝隙业务预报，准确预报了 2013 年 5 月以来京津冀历次红色预警污 染过程，为我国环境管理由污染治理向精准调控转型提供了核心工具。 该项目发表 SCI 论文 103 篇，SCI 引用 2651 次，他引 1771 次，成果引领了 国际空气质量模式发展方向，产生了重大国际影响，推动了大气环境模式学科发 展，直接支撑了国家重污染天气预报预警体系建设，获得广泛应用，对区域空气 重污染过程预报的准确率已接近 100%。部分研究成果获得 2011 年度中国科学院 杰出科技成就集体奖。 推荐该项目为国家科学技术进步奖一等奖。
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区域、城市群与城市复合污染(沙尘、酸沉降、可吸入颗粒物 PM10、细颗粒物 PM2.5、 臭氧、核泄漏、大气汞等)全尺度嵌套耦合业务预报。创新成果如下：
1、全尺度嵌套模式。攻克重污染形成关键要素选取与动力学关联、污染生 消过程合理表征和高效算法等技术难题，研发了适合我国特点的起沙机制、边界 层高度反演新算法、污染与气象双向反馈等系列模型；率先发展双向嵌套技术， 创新研制出具有自主知识产权的全尺度(全球-区域-城市群-城市)高时空分辨率 (空间分辨率 3km，时间分辨率 1 小时，预报时效 7 天)的嵌套网格空气质量预报 模式系统(NAQPMS)。