大气成分轨道业务方案1108Word下载.docx

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西方发达国家提出了化学天气预报的概念，逐步开展了大气成分的预测、预报，并以此为基础提高天气预报准确度和气候预测的可靠性。

开展大气成分工作，对于理解并解决当今人类所面临的气候变化、区域大气污染、人类健康以及生态和环境等问题具有极其重要的作用。

目前，我国在气候变化、区域大气质量、大气化学、生态与环境、全球变化研究以及预测、预报业务中，对时空密度高、覆盖范围广的大气成分观测数据有较大需求，预计未来的需求将更为强烈。

观测与空气质量预报模式相结合，在我国已广泛应用于大气污染形成机制研究和控制对策制定中，中国气象局和国家环保总局已经为我国部分城市提供一些简单的大气污染指数预报，但大气成分的长期、准确、网络化观测及预测、预报，聚焦其对气候预测、预估影响等的研究还没有开展或刚刚起步。

（二）需求

大气成分轨道研究型业务体系是中国气象事业发展和现代化建设的重要组成部分，也是拓展领域总体战略的重要步骤。

大气成分轨道业务发展是大气成分预测、预报的需求。

二十世纪九十年代以来，在以大气成分变化诱发全球变暖为主要特征的背景下，气象灾害明显增多，对经济和社会发展的影响日益加剧。

大气成分预测、预报是大气科学界和环境科学界新兴和前沿的研究领域，也是气象部门能够为社会提供的重要服务内容。

环境外交谈判和国家安全的需求。

开展大气成分观测与服务工作，及时把握我国大气成分变化及环境变迁，对于改变目前我国在国际环境外交谈判中观测资料来源依赖于少数发达国家的状况，增强我国在相关国际事务中的发言权，维护国家根本利益，都有着十分重要的意义。

人民生活质量提高和建设小康社会的需求。

由于大气成分变化诱发了局地和区域大气环境污染，造成了更为复杂的全球变化问题，其中包括由温室气体和气溶胶等大气成分引起的气候变化。

当前我国经济处于快速稳定发展阶段，在大气化学、空气质量、气候变化、生态与环境、全球变化研究以及预测、预报业务中对高时空分辨率、覆盖范围广的大气成分观测数据有较大需求，大气成分观测数据直接服务于国家经济和社会发展的决策与研究。

应对气候变化的需求。

大气成分变化导致的气候变化已成为当今全球变化研究的焦点之一。

理解并定量描述大气成分在气候系统中的作用，已成为对未来气候变化预测不可缺少的方面。

目前我国大气成分观测站点稀少、分布不合理、观测项目有限，影响了对大气成分导致辐射平衡变化及其产生的气候效应的认识，及开展气候变化分析和气候预测准确的提高。

因此，急需对一些关键大气成分要素（如主要温室气体、气溶胶等）进行有效采集和综合利用。

提高天气预报水平的需求。

通过长期、精确、系统的大气成分测量，获取因人类活动影响的全球和区域尺度大气成分物理、化学性质的现状及变率，评估其对天气的影响程度，研究其对天气状态从平均值向极端状态的转化，从而提高天气预报的准确度和水平。

提高气候预测水平的需求。

气候的形成是气候系统五大圈层间相互作用的结果，要认识气候效应、应对气候灾害，必须获得大气成分影响气候的准确的、系统的科学认识，开展大气成分不同尺度时空变迁规律与机制及其气候效应研究，以提高气候预估准确率，减少气候模拟和预测的不确定性。

进一步提升我国国际地位的需求。

实现跨越式发展要有全球视野和国际眼光，瞄准世界科技发展前沿，积极参与国际合作，参与和实施国际重大科学计划。

改造和加强大气成分观测系统，向气候观测系统融合扩展，是提高气象综合探测实力和自动化水平、提高气象预报和服务能力、满足经济建设和社会发展需求、增强我国综合实力和国际竞争力、提升国际地位的紧迫需求。

中国气象事业发展战略和现代化建设的需求。

大气成分工作要提升层次，必须统筹协调、整体推进，这是一项长期而艰巨的历史任务。

大气成分轨道研究型业务体系的建设，将通过及时增加观测内容，加强观测业务管理，提高国家级科研、业务人员和台站观测技术人员的整体素质以及观测的质量和水平；

加强国家级大气成分牵头单位与各区域级、省级以及各台站、国内外科学界的有效合作，积极参与国际比对和交流，深入分析和研究已有的观测结果，促进观测技术和研究能力建设与发展，保持相关方面已有的地位和优势、扩大已取得的成果。

（三）趋势

国内外相关领域大气成分发展的主要趋势是：

社会大力推动、科研与业务紧密结合、观测技术发展迅速、观测要素日益增多、观测质量保证和质量管理日益受到重视，正在逐步形成多样化、立体化观测平台和网络化、国际化的观测体系。

利用卫星定量遥感观测大气成分变化，已成为国际上重点发展的一个新技术领域。

美国和欧洲都在加紧这方面的开发和应用研究，如美国EOS/Aura、欧洲的Envisat卫星等都具备较强的大气成分遥感观测能力。

发达国家的数值预报和气候系统模式开发研究取得了新进展，突出表现在加强资料同化和天气气候一体化精细模式技术研究的同时，将影响天气预报准确率和气候预测确定性的其它大气成分模式加入到系统模式中。

例如，一方面侧重于气溶胶（包括沙尘气溶胶）预报预警，另一方面侧重于降低气候模拟和预测的不确定性。

上述工作不仅关系到天气预报的准确度、气候预测的可靠性、生态与环境变化和人民生活质量等问题，还关系到国家安全和环境外交谈判中我国所采取的立场和态度。

大气成分及其物理、化学特性的长期可靠业务观测及预测、预报，将如同常规气象观测乃至日常天气预报一样必不可少。

（四）存在的主要问题和差距

目前存在的突出问题是大气成分业务项目很少，多头开展，科研与业务分隔，已经开展的业务其科技含量不高，且得不到持续提高，研发队伍没有继续或无法继续瞄准业务开展研究。

主要原因是由于现行业务技术体制造成了研究与业务各自为战。

科研与业务各有不同的运行机制。

投资、管理、评估对科研和业务分别评价，没有形成从科研到业务产品的一体化运行和管理，评价和奖惩。

任何一个单位很难包揽轨道的所有业务，因为单凭某一个单位的业务和研发力量是无法达到各条轨道同步发展的目的，而且还会导致各单位现有的业务重点和研发力量分散，其结果是既不可能集中力量开展新的业务，也不可能持续推动研究型业务的健康发展，形成集约化的发展模式，科研与业务的脱节是长期困扰气象事业发展的瓶颈问题之一。

我国在观测仪器与方法、测试分析手段、质量控制、规范及标准体系建设、业务转化和服务等方面的基础能力与发达国家之间也存在很大的差距。

与之相关的科研和业务能力与我国的国民经济和社会发展不相适应，综合技术水平不高。

主要表现在：

业务管理体系亟待健全、人力物力和经费资源严重缺乏、科技储备不足、技术保障能力亟待加强、缺少业务规范/规程及国际标准、国标和行标、已有观测资料未能充分发挥效益、相关的业务服务能力有待建设和提高。

站点多为临时性、观测资料延续时间短，相互之间缺乏系统的标定和比对，对准确评估我国不同地区的大气成分变化及影响带来极大困难。

大气成分业务技术体制改革的重点是：

1、改变现行体制中研究与业务各自为战的局面，建立既鼓励科研创新又有利于科研成果业务转化的新型业务与研究运行机制；

2、建立起从观测、信息传输、预测预报到服务等全程业务流程和规范化业务体系；

3、形成能够满足不同需求的各类大气成分服务产品；

4、建立和完善对科研型业务的管理和评估体系。

二、设计原则

（一）指导思想

以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导,牢固树立和落实科学发展观，贯彻落实中国气象事业发展战略研究成果和《国务院关于加快气象事业发展的若干意见》，面向国际国内科技发展前沿，面向国家和社会发展需求，立足部门，面向行业，创新体制，增强能力，促进科研与业务紧密结合，建立研究型、集约化、开放式的业务体系；

实现分工明确、优化资源配置，资源共享、加强能力建设，精干高效；

构建适应中国气象事业发展要求和社会发展需求的新业务技术体制，充分发挥大气成分轨道在可持续发展、国家安全、环境外交等方面的重要作用。

（二）基本原则

按照业务技术体制改革“多轨道、集约化、研究型、开放式”的方针，从战略高度谋求发展，并遵循：

1、面向国际科技前沿，面向国家发展需求，体现中国特色，强化科学管理，推进业务化。

2、轨道建设要“统一规划、统一设计、统一标准、统一规范”；

加强顶层设计，整体推进；

正确处理好长远与近期、整体与局部的关系。

3、加强观测系统的集约化建设，利用各种资源，多部门合作，构建天基、地基、空基立体观测体系，实现一站多能、一网多用。

4、注重科研与业务的有机结合，构建高效的研究型业务运行机制和评估体系。

5、以服务需求和重大科学问题研究为牵引，瞄准大气成分预测预报、瞄准国家战略需求并且符合国际发展趋势，以“有所为、有所不为”为原则，逐步开展相应的预报服务与科研工作。

6、加强对轨道研究型业务持续稳定的投入，注重业务产品、服务等对科学研究与技术转化队伍的反哺机制。

7、注重发挥国家级、区域、省级及台站等各级部门在轨道业务建设和运行中的作用。

8、对各省气象部门按大气成分轨道要求建设的各类大气成分观测站，实施政策上鼓励、技术上指导、运行上支持的基本原则，并纳入国家站网管理。

9、注重能力建设与人才培养相结合。

（三）发展目标

1.总体目标

通过改革与发展，在三至五年内，建立基本满足国家需求、功能齐全、技术先进、结构优化的研究型、集约化、开放式的大气成分轨道业务技术体制；

建立天基、地基、空基一体化的大气成分观测体系和资源高度共享、开放式的业务体系。

提高科技水平和业务服务能力，不断拓展业务领域，形成科技创新促进业务发展的研究型业务；

加强人才梯队建设，提高队伍整体素质和能力。

充分发挥中国气象局同时拥有国家级气象科研机构、业务单位和网络化观测体系的集合优势，集科研、业务、服务于一体，牵头开展并不断推进大气成分领域的有关科研与业务、服务工作，不断提高中国气象局在国内外相关科技重点和热点领域以及研究型业务技术开发和多功能服务领域的创新能力。

区域中心和有条件的省气象局结合本地需求，建立起与国家骨干观测网相补充的区域大气成分观测站网，并在国家级业务单位指导下，开展大气成分预测预报和服务。

2.近期目标（2006-2008）

在我国14个重点、关键和典型地区进一步建设大气本底变化观测骨干网，带动形成气溶胶（包括沙尘气溶胶）观测网、温室气体及相关微量成分观测网、反应性气体观测网、臭氧和UV观测网、干湿沉降观测网，以上各类地基站网协同形成地基大气成分观测网；

加强各类观测站网和大气化学实验室的设计建设、科技支撑和人员教育培训等；

利用国内外卫星进行大气成分观测，开发卫星定量遥感大气成分产品。

并形成以下预报与服务能力：

（1）亚洲沙尘暴数值预报与服务；

（2）中国区域酸雨形势分析、评估、服务；

（3）中国大气成分本底值季报及对比分析、服务；

（4）中国区域地面UV辐射指数预报、服务；

（5）中国区域大气成分浓度分布数值预报、服务。

3.远期目标（2009-2010）

加强国家级大气成分中心和全国大气成分观测体系建设，形成资源配置集中、技术水平成熟并与国际接轨、着眼于大气成分变化及其引发的大气化学过程和物理特性变化、瞄准关键大气成分预报、天气气候业务拓展和国家环境外交谈判等战略需求的大气成分科研型业务观测与服务体系。

通过建设大气成分地基移动观测系统、边界层塔大气成分梯度观测系统、大气成分激光雷达探测系统、大气成分垂直探测系统、大气成分天基和空基探测系统等，初步具备大气成分垂直分布观测和解释应用卫星观测数据的能力，构建我国大气成分的网络化、立体化观测体系。

增强对我国不同代表区域的大气成分及其引发的大气物理和化学特性要素变化的准确、系统和长期的观测能力；

大幅度提升现有观测站网的整体技术水平以及国家级单位引导发挥网络化观测优势的能力，并大力提升各级运行保障能力；

为国家提供高时空分辨率的、准确的大气成分观测数据及其多种服务产品；

提升我国在相关领域的综合探测能力，达到国际先进水平，为我国大气成分数据长期积累、为跨区和跨国境边界观测、为区域大气成分和环境外交谈判等提供有力支撑和预报、预测服务。

在建设过程中，还将从关键大气成分及其输送，以及与地球气候系统各因子相互作用和耦合过程的角度，在全球和区域层次上开展大气成分不同尺度时空变迁规律和机制及其气候效应研究。

牵头研究重要大气成分对气候预测、预估和天气预报的影响程度等问题，为提高天气预报和气候预测、预估准确率方面做出贡献。

（1）继续深入开展前三年的有关工作；

（2）基于动态排放源的区域大气成分，特别是各种气溶胶浓度的数值预报与服务；

（3）围绕国家环境外交关键问题的观测、评估、服务，主要包括黑碳、有机碳、温室气体和对流层臭氧等。

（4）大气本底站、大气成分站、酸雨站、臭氧总量站等类观测站网的整合运行以及大气化学实验室的分期业务运行，相应的科技支撑和人员教育培训体系；

（5）沙尘暴数值预报与服务产品（包括提供给亚洲邻国的有关产品或服务、我国与邻国的相互影响分析、评估）；

（6）我国的区域大气成分数值预报、预警产品（全国格距为60千米，48至72小时滚动预报）；

（7）我国的区域大气成分观测、环境影响和国家环境外交等方面的分析和评估；

（8）大气成分垂直探测系统建设，卫星观测数据解释应用等。

三、系统功能和结构

（一）总体功能和结构

大气成分轨道业务系统主要包括各类大气成分观测、分析、研究、预报、预警、评估与服务。

改革的重点是，建立全国大气成分观测网，增强对不同代表性区域各类大气成分的观测能力；

建立质量保证、数据质量控制体系；

完善大气成分数据传输、数据库及数据共享服务平台建设；

建立大气成分数值预报业务，开展相关大气成分的观测分析和预报，形成多样化产品和服务能力。

大气成分轨道业务以国家级牵头单位为主体，有条件的区域中心、省、市和台站在国家级指导下开展相应业务。

大气成分轨道的主要业务内容是“观测－信息传输－研究－技术转化－预报－服务”几位一体联动运行。

开展准确的各类大气成分网络化观测、分析、科技支撑和人员教育培训，以及有效的资料采集、传输、存储、加工、质量控制与应用；

提供各类评估与分析服务；

发展各种大气成分预报模式，通过观测与数值模拟的对比和资料同化，形成各种大气成分预测、预报、预警业务系统；

开展大气成分再分析资料的研发与应用，制作和提供与各类大气成分指导性预报与服务产品，并通过相应的渠道发布或提供决策性和专项性服务，减缓与大气成分有关的各种污染与灾害的影响,并为国家环境外交提供支持。

（二）观测

在瞄准国家需求和国际科技前沿的基础上，针对国家环境外交谈判、天气气候业务拓展和关键大气成分预报等需求，以原有大气成分观测站为基础，遵循集约化的理念，适应中国气候系统观测计划和气候变化应对系统工程的建设要求，并结合中国气象局业务技术体制改革的实际，在国家气候观象台中逐步建立和拓展大气成分观测业务。

通过整体规划和系统建设，建成一个资源配置集中、技术成熟的大气成分观测与服务业务体系。

大气成分观测网着眼于大气成分变化及其引发的大气物理化学过程和变化，增强对我国不同区域各类大气成分，特别是对气候和环境变化有重要影响的关键大气成分要素长期、系统观测的能力，为我国的气候预测、预估以及区域大气污染预报和控制提供基础数据，为我国经济建设和社会发展、国家安全、环境外交谈判等的科学决策提供第一手资料。

大气成分轨道观测系统工作主要包括：

观测站网的规划、设计、建设、运行、维护维修和标校等内容。

（1）观测网络规划设计

根据大气成分轨道发展的需求，综合考虑天基、地基、空基观测平台协同发展，本着一站多能、一体化和集约化的设计思路，在我国14个重点、关键和典型地区进一步建设大气成分本底变化骨干观测网。

第1-3年（2006-2008）：

建设形成大气气溶胶（包括沙尘气溶胶）、温室气体及相关微量成分、反应性气体、臭氧和紫外辐射、干湿沉降等观测网，并利用气象卫星遥感观测，以上各类站网协同形成全国大气成分观测网，并成为全国“三站四网”观测体系的重要组成部分；

加强国家级仪器设备标定和各级维修维护能力建设。

第4-5年（2009-2010年）：

完善已有各种观测网络的观测功能，拓展观测要素，逐步在国家气候观象台建立和开展大气成分立体化观测，提高大气成分的综合探测能力。

形成由大气本底站、大气成分站、沙尘暴站、酸雨站、臭氧站等各类观测站网布局合理、观测项目齐全的我国大气成分观测体系；

有效利用国际先进的大气成分卫星遥感观测系统；

建成具有较强能力的国家级大气化学实验室和国家级仪器标校中心；

建成高时效的全网监控系统和各级较强的维修维护能力；

建立相应的科技支撑和人员教育培训体系。

（2）观测网络的运行

大气成分观测业务实行国家、省、地、站四级管理模式。

台站的观测数据经省级信息中心上传至国家气象信息中心，进行数据归档、存储、备份、管理和分发等。

（3）观测网络的维护维修

观测仪器设备的维护维修是保障各类观测网正常、稳定运行的基础。

大气成分观测仪器设备纳入全国气象技术装备保障体系，通过加强国家、省和台站的技术保障能力建设，给予相应经费和备件支持，建立及时高效和快速响应的维护维修体系。

（4）观测网络的标校与质量控制

观测仪器设备的标校，是各类大气成分观测站网获取准确、可靠和高质量的观测数据所不可缺少的。

由于大气成分观测仪器标准和标校与常规气象仪器不同，具有一定的特殊性，有些标准设备还需要专门的实验室；

为确保观测数据的国内、国际可比性，校准仪器等还需要与国内、国际标准进行定期或非定期的比对。

在国家气象计量站业务体系框架下，开展我国大气成分观测仪器的标校工作。

鉴于大气成分观测仪器与常规气象仪器有所不同，以及目前大气成分观测与服务中心已具有对大气成分观测仪器标校的能力（包括人员、技术和设施等），现阶段由大气成分中心来负责仪器的标校工作。

包括标校的标准及规范、质量保证与质量控制系统建设等，各省、地和台站给予积极的配合。

质量保证及质量控制：

建立大气成分观测网观测仪器及观测数据的质量保证、质量控制体系，开展质量控制技术研究，构建通用质量保证及质量控制专家系统。

（5）资源配置

大气成分轨道研究型业务系统的工作包括观测、信息传输、分析、研究、业务转化、预报、服务。

需要继续开展各种观测、分析、服务设备的研制和采购，逐步完善各类配套建设项目。

主要有：

气溶胶、温室气体、反应性气体、臭氧和紫外辐射、干湿沉降、大气成分移动、大气成分梯度、卫星遥感大气成分仪器研制、大气成分地基垂直探测系统研制、大气成分空基探测系统研制等。

根据国家级、区域或省级、台站业务布局和分工，优化资源配置，充分发挥各类资源的作用。

在部门“十一五”规划的气象应急系统工程、气候变化应对系统工程以及国家气候观象台等项目建设中，相应纳入大气成分观测的内容。

（三）预测、预报、预估

建立以数值预报为基础的大气成分数值预报业务，开展相关大气成分的监测分析和预报，形成多样化产品和服务能力。

逐步建立中国的化学天气预报系统，实现传统的天气预报向各种大气成分及其引发的环境问题数值预报方向的拓展。

以气象信息网络为依托，实现大气成分轨道预报预测产品与省和其它轨道业务产品充分共享和良性互动。

不断完善和发展模式，积极拓展公众服务、科技服务和决策服务的领域，充分发挥在公共气象、安全气象和资源气象方面的作用。

亚洲沙尘暴数值预报、中国区域酸雨形势分析评估和服务、中国大气成分本底值季报及对比分析和服务、地面紫外辐射指数预报、中国区域大气成分数值预报。

第4-5年（2009-2010）：

基于动态排放源的全国大气成分，特别是各种气溶胶和地面臭氧的数值预报与服务；

臭氧总量预报；

围绕国家环境外交关键问题的观测、预测、评估和服务，主要包括黑碳、有机碳、温室气体和对流层臭氧等。

（四）服务

1、大气成分预报决策服务：

增强大气成分决策服务的针对性、主动性和及时性，完善和规范决策服务产品系列，推进决策服务向直接提供决策建议转变。

加强大气成分导致的各种污染与灾害的服务意识，加强为国家安全、可持续发展以及重大社会活动等的决策服务。

建立应急管理机构和联动机制，完善应急服务体系。

2、大气成分公众服务：

按照“无所不在，无微不至”的服务理念，丰富公众服务产品，提高服务水平。

利用各种媒体，拓展服务的覆盖面，提高社会效益。

公众服务产品的业务化及发布等按中国气象局有关规定执行。

3、大气成分专业服务：

适应专业、行业需求，联合省专业气象服务平台，建立专业大气成分服务。

加强与相关部门的合作，提高服务综合效益。

4、科技服务：

把科技服务纳入业务渠道，建立健全科技服务投入机制和收益反馈机制。

不断提高服务的科技含量，因地制宜发展服务产品。

（五）信息与技术保障

1、资料业务：

建立适应新型观测系统的数据处理业务流程和规范，加强新技术在资料业务中的应用，建立和完善观测资料质量控制体系，建立健全数据政策和数据处理标准。

2、信息系统与信息共享业务：

建立和完善网络安全体系，建立高性能计算机和存储资源共享平台以及集约化、标准化的信息共享系统。

加强现代化建设工程应用软件开发，提高关键应用系统软件工程化水平。

联合相关业务中心开展数据质量控制、数据格式、传输、共享服务等标准规范的制定。

3、数值预报业务：

需要多个业务户头，根据实际需求配置相应的计算资源和存储空间。

4、观测资料传输与存储：

台站各种探测系统产生的观测资料定时经省级、区域级信息中心传输至国家气象信息中心，根据实际开展的观测项目配置存储空间，每站每年约500－1000兆字节。

（六）科学研究与技术开发

大气成分轨道的研究工作主要分两大部分：

一是瞄准国家和气象事业需求的科学研究与技术开发工作；

二是瞄准科学前沿的研究工作（主要在国家级和有条件的区域大气成分中心开展）。

1、瞄准国家和气象事业需求的研究工作

（1）气溶胶对气候和环境的影响及其预测、预报理论与方法

实施对主要大气气溶胶如粉尘、硫酸盐、硝酸盐、铵盐、碳气溶胶等浓度及相关物理量的网络化观测，在此基础上开展气溶胶对我国气候和环境的影响研究；

不断解决依托网络化观测建立新一代沙尘暴数值预报模式系统及业务化过程中的一系列科学问题；

逐步提高天基、地基、