摘要：随着城市的不断发展和人们生活水平的稳步提高，大家在追求物质生活高质量的同时，越来越关注周围的生存环境和环境给人们的生产和生活造成的影响，为跟上时代的发展，满足公众和生产部门的需求，环境气象学作为一门新兴的边缘学科应运而生，在全国各地蓬勃发展。环境气象学所涉及的内容非常广泛，其中有关于大气边界层的空气质量和大气污染扩散规律的问题，涉及到化学方面的紫外线辐射等问题，还有涉及到医学方面的气象与疾病以及工程气象等等。总之，环境气象学涉及到气象学、气候学、大气物理、大气化学、生态学、生物学、工程学、流行病学等诸多领域。环境指数是评价人类生存或各种活动的指标，从事不同的活动其环境气象指数是不同的，我们根据山西省的地理气候特点，找出环境指数对气象要素和非气象要素的依赖关系，研制建立了五大类30多种环境指数。这些预报指数的研制不仅可以满足人们的生产和生活需求，同时也为扩大气象服务领域奠定了基础。
关键词：环境气象学；研制；预报指数
1 系统概述
系统用VB6.0语言编程，在Windows操作系统下运行。采用从资料收集、指数计算到结果生成的准自动化与人机交互相结合的方式，实现了30多种指数一次性计算生成和单个气象指数独立运行并可在人机交互的平台上进行必要的修正。这样既符合气象现代化和自动化的发展趋势，又使预报人员能够充分利用预报经验。系统分综合指数预报系统和独立预报系统两个子系统。综合指数预报系统建立了五大类30多种指数，分别是生存环境指数类：空气污染潜势预报指数、紫外线辐射强度指数；生活指数类：晨练指数、钓鱼指数、旅游指数、晾晒指数、穿衣指数；医疗气象指数类：体感温度、人体舒适度、风寒指数、感冒指数、中暑指数、上（下)呼吸道传染指数、脑血管、心血管等；防治自然灾害指数：城市火险等级指数、混凝土冻害等级指数；公用事业气象指数类：商场客流量、空调销售指数等。综合指数预报子系统分资料采集模块、指数计算模块和结果显示模块三部分。资料采集模块主要收集的资料有T213预报场资料、MICAPS第一类数据、地面要素预报资料等；指数计算模块包括所有指数的具体运算方法，该部分为系统的核心模块；结果显示模块可将运算结果分不同的预报时段显示出来，同时也可以对预报文本进行编辑。独立预报子系统包括风沙指数预报、人体感觉温度、穿衣指数预报、紫外线强度预报、人体舒适度预报、医疗气象预报、花粉浓度预报、啤酒指数预报、混凝土冻害预报共九项。这部分从资料采集、参数录入到模式计算和结果输出，每项指数预报可独立运行，它解决了部分资料需人工录入的问题。
2 指数计算技术原理和方法
2.1 技术原理
根据城市环境气象指数对气象因子和非气象因子的敏感程度和依从关系，利用统计学理论建立预报量（环境气象指数)与预报因子（气象因子和非气象因子)之间的线性和非线性函数关系模型：I（紫外线指数)=f（200hPa温度x1，400hPa温度x2，500hPa温度x3，700hPa温度x4，850hPa温度x5，200hPa位势高度x6，850hPa露点温度x7，500hPa露点温度x8，实况资料x9)I（穿衣指数)=f（预报环境温度x1，预报环境风速x2)I（寒冷指数)=f（体温与环境气温之差x1，日平均风速x2)I（钓鱼指数)=f（天空状况x1，日平均风速x2，日平均气压x3，日平均气温x4)I（晨练指数)=f（天气x1，最低温度x2，空气质量x3)I（冷饮销售指数)=f（最高气温x)I（旅游指数)=f（天气x1，最高气温x2，风力x3，景点特色x4)I（晾晒指数)=f（最高气温x1，日平均相对湿度x2，日平均风速x3，天气x4，季节x5)I（中暑指数)=f（前两日平均最低气温x1，连续大于35℃的累积温度x2)I（感冒指数)=f（最低气温日变化x1，温度日较差x2，相对湿度x3，气压x4)I（混凝土施工冻害指数)=f（日平均气温x1，最低气温x2，平均风力x3)I（路况指数)=f（天气x1，积雪x2，最大风速x3)I（火险等级指数)=f（气温x1，相对湿度x2，日平均风速x3，降水x4)I（花粉浓度)=f（天空状况x1，降水x2，相对湿度x3，日平均风速x4)。
2.2 方法
2.2.1 逐步回归法
境指数中的多种因素中挑选出相关好的作为预报因子，用多元线性回归方法建立回归方程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如晴空时紫外线指数预报模型是将紫外线辐射强度分成5个等级作为预报量，把T213数值预报模式提供的850、700、500、400、300、200 hPa各层的高度、温度、露点温度（Z′，T′，Td′)作为预报因子，通过逐步回归法，筛选出7个-6.447+7.29sinho+0.337×T′d500+0.078×T′200+0.001×Z′200×10...+0.237×TUVR=-6.447+7.29sinho+0.337×T′d500+0.078×T′200+0.001×Z′200×10...+0.237×T′d850-0.045×T′200+0.083×T′500-0.050×T′400其中：T′200= 7.057 + 1.17×T200，T200是200hPa温度；T′400=0.082+1.009×T400，T400是400hPa温度；T′500=-1.207+0.975T500，T500是500hPa温度；T′700=-0.405+1.004×T700，T700是700 hPa温度；Z′200= - 828.568 + 1.066×Z200，Z200是200hPa位势高度；T′d850=4.71+0.552×Td850，Td850是850hPa露点温度；T′d500=4.424+0.532×Td500，Td500是500hPa露点温度；ho是太阳高度角当：UVR<2为最弱，2<UVR<4为弱，4<UVR<6为中等，6<UVR<9为强，UVR≥9很强。
2.2.2 因子加权法
量是定性的，且预报因子不仅与气象要素还与当地的气候特点、地理条件和状况有关，需根据不同的因子对预报量的影响程度赋予不同的权重得出无量纲的分值，将分值的和作为预报量（预报指数)。如旅游气象指数预报，采用因子加权法，由于旅游的气象因子有降水和大风，另外还有一些非纯气象因子，如：季节、景点植被状况、景点特色和人文景观，所以，是否适宜旅游的气象指数是各方面综合的结果。按各项影响因子的“打分法”，将累计加分总和作为综合结果并定为旅游气象指数T。T=A+B+C+D+E打分标准规定为：A为预报白天的天气（表1)；B为预报的最高温度（表2)；C为预报6级以上大风，若有C为-20，否则为0；D为景点特色景观，当季草原（6～8月)D为50，非当季D为0；E为人文景观，有名E为30，无名E为0。
2.2.3 经验公式法
穿衣指数，我们采用刘燕根据于永中等人实验得出的服装厚度与环境气温、风速的相关经验公式，导出着装气象指数：Y=0.61（25.8-X) /（1-0.012V2)式中，Y为室外环境所需服装厚度的预报值（mm)，X是环境温度预报值（℃)，V是环境风速预报值（m•s-1)。划分标准及预报用语见表4。
2.2.4 气象指标判断法
天气系统，找出相关的气象要素或气象场作为气象指标进行判断，得出相应的预报结果。如：作医疗气象预报时，我们根据当地气象条件可能对人体疾病造成影响的情况，选择了不同的气象指标作为初判和二级判断，将24小时是否有锋面过境作为初判的气象指标，将3小时变压、降水、24小时变温、最低温度、最高温度、相对湿度、平均风速作为二级判断的气象指标。例：初判24小时有锋面过境；二判3小时变压≥2.0hPa，有降水，24小时气温下降6℃以上，最低温度≤-10℃时，预报今天气象的生物作用：强冷空气的活动可使副交感神经高度兴奋，引起血管收缩及血管平滑肌亢进，血管阻力增加，血压升高，同时儿茶酚胺分泌增加，易使血小板集聚形成血栓，从而易引起脑中风。此外，该环境条件下，对糖尿病、冠心病病人有不利影响。较大的气温日较差还大大增加了感冒的发病率。
2.2.5 判别分析法
分为若干个级别，根据预报量的不同级别，选择前期因子，利用不同类别的样本，寻找因子与预报量的关系，选择适当的判别规则、判别因子所属的类别，实现对预报量的预报。如风沙指数预报，我们根据风力的大小和出现的天气现象，将预报量（风沙指数)分成4类别，通过历史个例选择了冷锋、气压梯度、地面高压、高空槽、高空急流、24小时变压、平流作为预报因子，用多级判别法建立判别函数方程。等级划分和预报用语见表5。
3 系统业务流程
务流程大体分为3个步骤：首先收集资料并做资料处理，形成数据库；对常规预报及数值预报所需的要素预报值进行输入或订正；指数计算并输出指数预报结果，最后对结果进行分发、上网和打印。
4 系统结构和功能
子系统处理各种气象要素的预报值、实况值、数值预报格点资料，实现格点资料与单站资料、定量预报与定性预报的转换。气象指数系列计算与预报子系统用多种方法建立环境指数预报模式，并利用先进的计算机网络技术实现环境气象指数的自动化计算、独立计算和逐个校准的功能。环境气象指数输出及分级、防范措施与对策子系统实现了单站和区域气象指数的批量和逐个输出功能，将各种气象指数的分级和防范对策由计算机自动完成并输出结果，以文本和网页形式显示。网络通讯保障子系统此系统保障指数预报所需实况要素和预报要素资料从网络中获取，实现了资料共享、指数计算可同步运行的功能。每个子系统间既相互独立又相互关联，信息资料处理系统将气象要素预报和实况资料处理后，进入指数计算与预报系统，预报结果通过输出、分级和防范系统生成最终结果。网络通讯系统将3个子系统联系起来。
6 结束语
本系统有较强的可移植性，即可根据地方特点调整参数实现本地化。也可以根据需要添加或删除指数预报产品，如我们在研制过程中的公共事业类指数（城市供水指数和城市供电指数)，由于缺少相关单位的具体资料而没有实现最初设计，在收集到所需资料后可充实到系统中。环境气象预报在气象预报领域是一门新兴的气象科技，涉及到多方领域，有待于人们深入研究。在研制中借鉴了北京、江苏、武汉等省市的研究成果，我们在应用过程中还需不断完善。
参考文献：
[1]刘南威.自然地理学.科学出版社，2001，46
[2]李春华.环境科学原理.南南京大学出版社，2003，4
[3]叶文虎.可持续发展引论.高等教育出版社，2003，21
论文作者:牛志连1,孙强2,薛苗3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/15
标签：指数论文; 气象论文; 因子论文; 环境论文; 温度论文; 资料论文; 风速论文; 《基层建设》2018年第30期论文;