原标题：三个科学家的“矮马”预报
矮马不是马，是一个关乎每个人呼吸的网站。它由3个科学家联袂打造，是中国首个由科学家自行开发的全国空气质量数值预报系统。在官方全国性空气质量预报多年来仍是空白的情况下，矮马载着科学家们的专业精神、理想以及情怀，上路了
法治周末记者高欣
今年6月，中国首个由科学家自行开发的全国空气质量数值预报系统——“矮马预报”(以下简称矮马)正式上线。
作为一个承诺终身免费的空气质量预报发布平台，在时、空两个维度，矮马都为公众传达出更多新鲜信息。时间上，矮马可以提供全国重点城市未来5天的空气质量预报；空间上，矮马分四大重点区域发布，同时号称“覆盖了全中国每一寸土地”。
在全国性官方空气质量预报缺失的当下，矮马平台的搭建是3位业内科学家出身的开发者想要填补空白的一种尝试。
3个科学家走出“象牙塔”的作品
“矮马的名字起源于英文单词pony。3年怀胎，一朝诞生在马年。乍听起来，矮马是个贱名字，这样好养活，但矮马又确实是小朋友们普遍喜欢的宠物。我认识西西小朋友，知道她很有绘画天赋，所以通过她的妈妈请她给我画一幅矮马。”矮马团队开发者之一、平台主要维护者胡泳涛对法治周末记者说。
于是，这位10岁小女孩笔下的小马，便出现在矮马网页的左上角，成为网站的logo。
“尤其是它戴的那个笼头，看着很像戴了口罩，让人有‘怎能忍心让这么萌的矮马成天生活在灰霾里’的感觉。”胡泳涛说。
在矮马的空气质量数值发布页面，除提供当日AQI(空气质量指数)和首要污染物外，矮马还提供臭氧日最大八小时浓度、PM2.5日均浓度、最低能见度、平均湿度、降水、最大混合层高、最高气温、最低气温、平均风速、最多风向等10项预报指标。
“基于流量和容量限制，目前我们仅能将与普通公众密切相关的一部分信息上线，比如空间分布图和重点城市预报。实际上，还有很多别的对普通公众有用的信息，比如风景名胜区的预报，我们也可以并愿意在条件成熟时发布出来。”胡泳涛表示。
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岁的胡泳涛，北京大学环境科学专业博士，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。
在胡泳涛看来，“从事工程科学的人老呆在象牙塔里，是不可理喻的”。
“环境科学与工程这个学科，本身就是一个应用学科，是直接面向解决环境中的各种问题的。对这个学科的执业者来说，最高的成就就是解决具体的环境问题。”他说。
2010年至2011年期间，胡泳涛为深圳市人居委开发了用于支持深圳世界大学生运动会的深圳市空气质量数值预报系统。在这一过程中，他生出颇多感触。在与谢、王充分交流后，“开发一个全国性的空气质量数值预报产品并通过互联网发布”被提上执行日程。
“开发矮马预报首先要弥补的就是这样一个缺憾，矮马预报是开发者自始至终长期维护的数值预报产品，将始终自我维护和更新。”胡泳涛道。
作为“第三方独立预报”，胡泳涛认为，矮马的独立性主要表现在两方面。
“首先是技术手段的独立性，这种独立性提供了科学上的多样性。其次，我们不依附于任何组织和机构，我们赖以生存的基础是预报的准确性。这后一种独立性的意义更为远大，是我们提供矮马预报或者类似产品的根本理由，亦是矮马后续成长过程中最需要保持的。”
学术力量尝试全国性空气质量预报
目前，矮马可以提供全国171个城市未来5天的空气质量预报。在矮马网站的“最新发布”栏下，展示了全国及四个主要区域的空气质量态势图。同时，还可点击“启动动画”按钮，进行动态演示。
多年前，中国就开始投入建立全国性的空气质量预报体系。然而至今未有官方的全国性空气质量预报发布。
“这也正是我们推动实现矮马预报的原因之一。”胡泳涛说。
一个全国范围内的空气质量预报系统，在多年来一直为各级政府建言献策的谢绍东看来，意义重大。
“了解全国范围空气质量未来几天的发展变化，对于做好城市和地区的空气质量预报是非常有帮助的。比如，北京做自己的预报，周边怎样变化不管，有了全国性的态势图，一看就知道，有时候即使北京空气不错，但从南边吹来的污染物还是会让市内空气变差。”他说。
“过去近20年时间里，我国大气污染的特征发生了显著变化。以往的城市空气污染在很多地方，已经变成了区域性污染的一部分。处在这样的污染区域里，一个单独的地区往往很难独善其身。PM2.5通过大气输送会对几百至上千公里范围的空气质量产生影响。”王雪松说。区域型大气复合污染，是他的研究方向之一。
除“全国空气质量数值预报”，矮马还重点预报京津冀、长三角、珠三角和成渝四大区域。
“这是我们国家大气污染问题突出、也是政府和民众关注度集中的4个重要区域，所以我们的预报平台做了专门处理和预报展示。”王雪松说。
矮马能够预报空气质量，源于其采用的“区域多尺度空气质量模型CMAQ”。
对于这个目前在国际上被广泛采用的模型，胡泳涛介绍道：“空气质量模型，包括CMAQ，一般把要模拟区域上空的大气层，从地面开始往上到接近20公里的高度，分成厚度不等的若干层，越接近地面，层厚越小。同时也在水平方向上，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盒子来计算空气污染物浓度的。”
使用边长12公里的方格子，矮马的预报产品覆盖了全中国，包括港澳台地区。
“为了更方便公众理解，我们单独把重点城市的预报数值提取出来展示。”胡泳涛说。
最紧要的是建立一份污染物源排放清单
空气质量的预测误差，据胡泳涛介绍，主要由3方面因素造成。分别是：气象条件的预测误差，源排放量的估算和预测误差以及空气质量模式的理论描述误差。
其中，气象条件的预测误差对于空气质量模式的预测影响最大。
“如果天气预报错了，空气质量预报肯定是错的。”谢绍东说。
目前，7天内的天气预报数值结果较为可靠，矮马便将空气质量预报的时间跨度定为略短一些的5天。
在气象要素预测相对较好的情况下，源排放的不确定性成为主要问题。“任何地方的空气质量数值预报都需要准确和完整的源排放清单，美国也不例外。在中国，源清单的编制存在很多问题。”胡泳涛说。
从2000年原国家环保总局发布《关于开展环境保护重点城市空气质量预报工作的通知》，再到2013年国务院印发《大气污染防治行动计划》，全国性的空气质量预报，官方一直进展缓慢。
这与全国空气污染物源排放清单的缺失有着很大关系。
虽然国内外一些著名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源排放清单，但目前尚无政府权威主导的、公开的全国性空气污染物源排放清单。
建立国家尺度的大气PM2.5数值预报业务模式，也一直是一些大气环境专家们呼吁的。
确定搭建矮马平台后，3位科学家首先要做的，同样是建立清单。这份“民间版本的全国空气污染物源排放清单”的构建，成为起步阶段最艰难、繁琐、细致的工作。
“艰难在于获取用于估算源排放量和排放特征的基础能源、交通、经济、企业活动、地理信息等的准确数据；繁琐在于基础数据量大，而质上又良莠不齐；细致在于方方面面必须全部照顾到，缺一不可。”胡泳涛说。
制作清单，矮马团队综合了国际研究成果和各自研究工作的积累，历时两年多。
在“矮马博客”中，一篇名为“什么是源排放清单”的文章作了十分详尽的介绍与说明。其中提到：“一份完整的源排放清单要穷尽所有源排放种类。”然而，这份清单并非静态，需要随时更新。“比如控制政策的执行、工厂的搬迁、发现数据错误等。”胡泳涛说。
“实际操作上很难穷尽所有的排放源。”王雪松同样表示，“清单的编制会考虑各类源的特点和影响的重要性，结合资料的获取情况，在具体处理上有所区别。”
今年7月上旬，环保部网站公布了城市扬尘源、道路机动车、生物质燃烧源等5类涉及大气污染物的排放源清单编制技术指南(试行)的征求意见稿。该指南将为日后编制大气污染源排放清单提供技术支持。
谢绍东负责撰写“挥发性有机物”部分。“究竟是哪些源排放对空气造成了污染，现在我们还说不上来，数据也还没有。这份指南就是要指导全国各地的相关人员去做这件事情。”
在胡泳涛看来，从国家层面上“编制、维护和共享一个全国的空气污染物源排放清单并定期更新”，是最为紧要的。同时，还应“将全国范围的实测空气质量数据(小时数据)在经过严格的质量控制后公开发布”。
“我个人认为，这两点如果做不到，将是空气质量数值预报进行预报评估并提高预报性能的最大障碍和困难，同时这也是阻碍整个灰霾相关科学研究健康发展的最大因素。”他说。
矮马的理想：人人都能测空气
面向普通公众的产品，矮马承诺终身免费。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。
“预报的整个计算和数据处理工作是完全自动化的，我们会每天花时间检查核对预报结果，并定期进行回顾评估。”王雪松说。
对于未来，矮马着眼于开发手机应用。
“矮马预报的理想是开发一种小型传感器，可以由普通公众在自己的手机上装一个这样的传感器，并测量自身呼吸空气的质量，同时为矮马实时发回空气质量监测数据，我们称之为‘我为矮马测空气’。这些实时观测的空气质量数据可被矮马预报通过数学方法同化进数值预报结果，从而帮助矮马回馈给大家一个更为准确的数值预报产品。矮马手机应用实现后，可以为手机用户提供任意经纬度地点的当前和未来空气质量信息。目前，传感器正在开发中。”胡泳涛介绍。
在他看来，空气质量预报的作用是双重的。“一方面是为公众、尤其是敏感人群，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，它又是实现动态环境管理的一个重要工具。”
“矮马在这两方面所能起到的作用，都是对各级政府部门正在开展的预警预报业务的极大补充和加强。”胡泳涛说。
前不久举行的南京青奥会，其环境预警和支撑项目的承担单位南京市环科院，就用到了矮马预报产品。
矮马“答疑解惑”页“如何使用矮马预报产品”里如是写到：“如果您所在城市政府有发布第二天的空气质量预报，那么请您以政府信息为准，以矮马预报为辅，兼听则明是明智选择。但是，目前各地的人工空气质量预报并不提供两天以上的提前预报，因此矮马预报是您的唯一选择。”
在胡泳涛看来，矮马预报和各级官方机构可以成为服务与被服务的关系；从具体预报产品来讲，又是互补关系。
目前，矮马无偿为四川省环境监测总站提供精细化的预报产品，为其人工预报提供参考。也有一些地级城市与矮马接洽过招标事宜，多是为建立地方数值预报系统。
矮马有一个6人的博客编辑和写作委员会，每一个人侧重点不尽相同，但“都是抱着能够尽量把所知全部、用尽量浅显生动的描述传达出去的心愿”，以此搭建一个有人文关怀的科普平台。
“这个社会似乎戾气太重。需要人文关怀，稀释这些戾气，引导人们善用内心深处温柔一隅……我目前最想传达的理念是：灰霾是人为排放造成的，灰霾是可以控制的，灰霾的控制需要科学的合理筹划和坚决的执行力度。”胡泳涛说。
,3科学家打造一元二次方程的解法 空气质量预报系统 未来将开发手机应用相关：
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