科學(xué)“預(yù)測”霧霾

鄧曉蕾

12月，北方正當(dāng)隆冬多雪之時(shí)。張岱曾在《湖心亭看雪》中寫道： “霧凇沆碭，天與云與山與水，上下一白。湖上影子，惟長堤一痕、湖心亭一點(diǎn)、與余舟一芥、舟中人兩三粒而已?！边@真是一幅水墨的湖山夜雪圖。如今，在重霾狂漫的日子里，“上下一灰”、其中“一痕”、“一點(diǎn)”、“一芥”、“兩三粒”的效果卻如末日景象一般。這樣的空氣狀況下，促使人易產(chǎn)生的最真實(shí)的想法是：逃離。但真正的安全之地在哪兒？也許現(xiàn)在我們可以逃離，那更遠(yuǎn)的未來呢？現(xiàn)在驅(qū)散霧霾的辦法，除了靠天（刮大風(fēng)），還能做什么呢？

實(shí)現(xiàn)空氣預(yù)測性管理改善空氣質(zhì)量

12月7日18時(shí)，北京市應(yīng)急辦宣布，于12月8日7時(shí)至12月10日12時(shí)首次啟動(dòng)空氣重污染紅色預(yù)警，學(xué)校停課，露天活動(dòng)取消。

我們不禁想問，為發(fā)布三天的紅色霧霾警報(bào)事先怎么做預(yù)測的？

“要治理霧霾和污染，首先必須提高數(shù)據(jù)收集、監(jiān)測和預(yù)測能力?！苯眨本┦协h(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心副主任蘭平在IBM舉辦的2015“綠色地平線”研討會(huì)上談到，在過去一年中北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心與IBM研究院合作的“綠色地平線”計(jì)劃發(fā)揮了它的功效，通過把環(huán)境監(jiān)測治理領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)與新一代信息技術(shù)深度融合的積極嘗試，在全方位提升技術(shù)能力和管理支撐水平上取得了良好的效果，比如首次紅色預(yù)警、助力一些賽事重大活動(dòng)等。該項(xiàng)目利用認(rèn)知計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)提前10天城市級的空氣質(zhì)量趨勢預(yù)測，促進(jìn)環(huán)境改善。

據(jù)了解，IBM攜手北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測中心成立了“聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，共同致力研發(fā)基于大數(shù)據(jù)分析的城市空氣質(zhì)量決策支持技術(shù)。通過深入分析環(huán)境監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)，以及基于認(rèn)知建模技術(shù)，可以更好地了解空氣污染成因，及時(shí)預(yù)報(bào)預(yù)警，科學(xué)制定減排措施，為空氣質(zhì)量管理提供科學(xué)決策支撐。截止到2015第三季度末，北京市細(xì)顆粒物PM 2.5與去年同期相比下降了19.3%，成效顯著。

IBM推出的“綠色地平線”計(jì)劃（Green Horizon），旨在解決社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的三大難題——大氣污染防治、可再生能源高效利用和企業(yè)節(jié)能減排，是由IBM中國研究院牽頭，整合IBM全球12家研究院的研發(fā)力量和最新研究成果，通過認(rèn)知計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提升民眾健康保障，推動(dòng)中國邁向更綠色和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長的時(shí)代。

IBM大中華區(qū)總裁陳黎明表示：“治霾不是一朝一夕、一蹴而就的事，它絕對是一場持久戰(zhàn)。從‘綠色地平線發(fā)起之初，IBM就將環(huán)境與能源視為標(biāo)本兼治的兩個(gè)重要方面，并正在利用全球最先進(jìn)的技術(shù)與合作伙伴協(xié)同創(chuàng)新，致力于推動(dòng)中國建設(shè)生態(tài)文明大國的進(jìn)程。一方面，我們正在幫助中國解決空氣質(zhì)量問題以確保民眾健康;另一方面，我們將助力中國減少對化石燃料的依賴，不斷提升可再生能源的使用效率，為中國乃至全球的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。IBM有信心助力中國在能源與環(huán)境領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多的創(chuàng)新與超越，并為世界其它國家提供有價(jià)值的借鑒?！?/p>

環(huán)保部辦公廳信息辦副主任詹志明表示：“當(dāng)下，要明白霧霾的成因，要研究霧霾的臨界點(diǎn)，既保護(hù)環(huán)境使大氣污染能夠得到控制，又不影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這才是負(fù)責(zé)任的治霾態(tài)度。環(huán)保部已經(jīng)部署了應(yīng)對霧霾重污染天氣的行動(dòng)，提出霧霾的科學(xué)治理、科學(xué)預(yù)測預(yù)警與應(yīng)對。解決環(huán)境問題的關(guān)鍵不單單是監(jiān)測排放，更需要采用綜合空氣質(zhì)量管理方法。因?yàn)樾畔⒒粌H推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)程，更應(yīng)該推動(dòng)管理的進(jìn)程。”

優(yōu)化可再生能源使用降低碳排放

12月12日晚，《巴黎協(xié)定》出爐，為2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動(dòng)作出安排。值得強(qiáng)調(diào)的是，中國在推動(dòng)全球減排舉措的國際合作中扮演了重要角色。中國在《巴黎協(xié)定》中承諾，到2030年國內(nèi)單位GDP的二氧化碳排放量較2005年下降60%至65%，這意味著企業(yè)必須加快推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，同時(shí)提高能源利用效率;對于普通百姓而言，綠色低碳的生活方式將得到鼓勵(lì)。

隨著中國致力于降低煤炭在能源結(jié)構(gòu)中所占的比重，令可再生能源得到更高效的利用?？稍偕茉吹母咝Ю煤铜h(huán)境污染防治離不開大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)和認(rèn)知計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)。IBM“綠色地平線”計(jì)劃在中國的污染防治和可再生能源領(lǐng)域又迎來新的商機(jī)。

為了更好地支持2022冬奧會(huì)開幕和京津冀一體化，IBM宣布將拓展其“綠色地平線”計(jì)劃。IBM與河北省張家口市政府簽署合作備忘錄，雙方將在可再生能源和智慧環(huán)保等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、新技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)等方面展開全面合作，推動(dòng)智慧環(huán)保和可再生能源利用技術(shù)與解決方案效應(yīng)，為2022冬

奧會(huì)和京津冀一體化中民生關(guān)切重點(diǎn)領(lǐng)域提供更有力的科學(xué)決策支撐。

受復(fù)雜污染源影響，保定市是中國面臨空氣質(zhì)量重大挑戰(zhàn)的城市之一。目前，保定市政府正努力用更多的先進(jìn)信息技術(shù)和手段為居民改善日常的空氣質(zhì)量。2014年保定是面臨中國大氣污染挑戰(zhàn)最大的一年，今年在空氣污染治理上下了大力，已出臺實(shí)施大氣污染治理三年行動(dòng)規(guī)劃，未來三年力爭實(shí)現(xiàn)PM2.5濃度比2012年下降33%的目標(biāo)。與IBM協(xié)作創(chuàng)新應(yīng)用新技術(shù)新方法提升空氣質(zhì)量管理，將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要技術(shù)保障。數(shù)據(jù)分析是大氣污染防治和污染源頭治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。IBM與中康韋爾聯(lián)合研發(fā)的系統(tǒng)通過精細(xì)化的數(shù)據(jù)建模和分析，可以進(jìn)行污染預(yù)報(bào)和溯源分析，幫助我們快速采取有針對性的行動(dòng)，加強(qiáng)對高污染企業(yè)的監(jiān)管和治理力度，從源頭上降低污染物的排放?！?/p>

對此，張家口市下花園區(qū)省委書記王小軍表示：“張家口面臨三大機(jī)遇：2025年冬奧會(huì)、全國可再生能源示范特區(qū)，以及京津冀協(xié)同發(fā)展。圍繞這三大機(jī)遇，張家口已經(jīng)行動(dòng)起來了。截至今年11月份，在空氣治理和環(huán)境治理上，下花園區(qū)的優(yōu)良天數(shù)達(dá)到了240天，張家口市區(qū)達(dá)到280天左右。在生態(tài)上，通過多種樹、興水利打造更好的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)。在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型上，圍繞可再生能源示范區(qū)進(jìn)行建設(shè)。到2020年，可再生能源消費(fèi)量要占終端能源消費(fèi)量的30%，2030年達(dá)到50%，以可再生能源為代表的新興產(chǎn)業(yè)集群，將成為張家口市經(jīng)濟(jì)增長的新支柱。另外，下花園區(qū)通過打造中英智慧環(huán)境產(chǎn)業(yè)園實(shí)現(xiàn)三個(gè)目標(biāo)：第一，要做環(huán)境監(jiān)測傳感器的研發(fā)和制造基地;第二，要做環(huán)境大數(shù)據(jù)的集成分析應(yīng)用和增值服務(wù)的分析;第三，要做環(huán)境治理技術(shù)方案的提供者?！?

IBM已經(jīng)與世界各地的可再生能源企業(yè)展開了合作。

IBM與國家電網(wǎng)冀北電力有限公司的張北風(fēng)光儲(chǔ)輸示范項(xiàng)目合作，為其提升了10%的可再生能源接入量，這些增加的能源每年可供1.4萬個(gè)家庭使用。

同時(shí)，IBM正與中國規(guī)模最大的風(fēng)電整體解決方案供應(yīng)商——新疆金風(fēng)科技股份有限公司開展合作，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，推動(dòng)金風(fēng)科技的業(yè)務(wù)創(chuàng)新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型?！盀槿澜缣峁┣鍧嵏咝У哪茉矗恢笔墙痫L(fēng)科技不懈的追求。”金風(fēng)科技公司董事長武鋼表示，“要保持企業(yè)長久穩(wěn)定發(fā)展，持續(xù)不斷的創(chuàng)新至關(guān)重要。我相信，這次和IBM公司的合作，將幫助我們充分利用世界上最先進(jìn)、最有效的技術(shù)，推動(dòng)金風(fēng)科技的創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型。”

此外，IBM也與國內(nèi)領(lǐng)先的第三方風(fēng)電技術(shù)服務(wù)商——沈陽凱風(fēng)技術(shù)股份有限公司開展聯(lián)合創(chuàng)新，共同利用大數(shù)據(jù)和認(rèn)知計(jì)算技術(shù)，來提升可再生能源的利用效率。

“綠色地平線”背后的科技

在環(huán)境發(fā)展的進(jìn)程中，應(yīng)用科技創(chuàng)新更好地支撐環(huán)境管理成為政產(chǎn)學(xué)研的共識。清華大學(xué)環(huán)境管理與政策研究所所長常杪表示：“大數(shù)據(jù)在路上。以前做環(huán)境治理的解決方案基本是靜態(tài)的，一般采用年度數(shù)據(jù)、模型，進(jìn)行情景分析可控到何種程度會(huì)有所改善?？墒菙?shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)榉浅Ｈ眲?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。目前，特別需要政產(chǎn)學(xué)研通力合作，通過新技術(shù)疊加專業(yè)知識，給客戶提供持續(xù)性的解決方案?！?/p>

IBM中國研究院副院長、“綠色地平線”計(jì)劃全球負(fù)責(zé)人董進(jìn)博士表示，空氣污染已成為全球面臨的普遍問題。以認(rèn)知計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)，將成為對環(huán)境治理最有力的科技支撐。“綠色地平線”計(jì)劃主要包括空氣污染防治和管理。它的主要任務(wù)包括：解決環(huán)境問題，并不單指環(huán)境領(lǐng)域，也包括工業(yè)領(lǐng)域;如何做節(jié)能減排，高效利用能源;新能源的利用，如何改變能源的消耗結(jié)構(gòu)，盡量增加新能源在整個(gè)能源消耗中間的比例等。

IBM已經(jīng)開發(fā)了一套空氣質(zhì)量預(yù)測與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過分析遍布環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、交通監(jiān)視系統(tǒng)和氣象衛(wèi)星等傳感器生成的大量環(huán)境數(shù)據(jù)，基于認(rèn)知建模技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)地調(diào)整預(yù)測模型，從而大幅提升預(yù)測精確度。該系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)提前72小時(shí)逐時(shí)高精度空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)之外，還實(shí)現(xiàn)了提前10天城市級的空氣質(zhì)量變化趨勢預(yù)測分析。通過提前10天的趨勢分析來預(yù)測霧霾的發(fā)生，可以幫助決策者對空氣污染的演變過程和影響形成準(zhǔn)確的研判，從而為應(yīng)急管控與區(qū)域長效聯(lián)動(dòng)機(jī)制有效運(yùn)行提供支撐。目前，IBM已與中國多個(gè)環(huán)保機(jī)構(gòu)展開了合作。比如，由此，政府可以針對地區(qū)有何影響、傳輸路徑條件，如何做到經(jīng)濟(jì)減排、實(shí)現(xiàn)聯(lián)防聯(lián)動(dòng)等，這在大氣污染防治過程中是很重要的體現(xiàn)。

提前預(yù)測的重要前提是對未來的天氣變化趨勢的了解。IBM通過收購的全球最大的氣象數(shù)據(jù)服務(wù)公司TWC，利用其全球范圍的天氣數(shù)據(jù)，對未來天氣變化形勢進(jìn)行分析。比如，對京津冀地區(qū)有何影響、傳輸路徑條件，如何做到經(jīng)濟(jì)減排、實(shí)現(xiàn)聯(lián)防聯(lián)動(dòng)等，這在大氣污染防治過程中是很重要的體現(xiàn)。

另外，將物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)，結(jié)合分析氣象，環(huán)保，交通等數(shù)據(jù)，是“綠色地平線”計(jì)劃非常重要的部分?？紤]能源和環(huán)境問題之間的平衡，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，也是“綠色地平線”計(jì)劃希望通過IT手段解決的實(shí)際問題。在提前預(yù)報(bào)預(yù)警后如何來治理更是一個(gè)重要問題。“綠色地平線”計(jì)劃最關(guān)鍵的不僅是預(yù)測分析，還有為相關(guān)決策者提供決策支持。

IBM大氣污染量化決策支持平臺，是“綠色地平線計(jì)劃”在空氣污染領(lǐng)域的主要應(yīng)用。IBM通過多模型的集合方式，充分使用不同的模型， 把這些模型整合到一起通過認(rèn)知計(jì)算的模式，充分發(fā)揮各個(gè)模型的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)一個(gè)超級模型。超級模型可以做什么？第一，未來空氣質(zhì)量的預(yù)報(bào)預(yù)警。第二，更為精細(xì)。在預(yù)測未來十天空氣質(zhì)量變化的趨勢上，政府有更長時(shí)間做準(zhǔn)備工作，預(yù)防重污染，提前采取一些防護(hù)措施。通過預(yù)報(bào)可以找到未來空氣質(zhì)量變化趨勢，在提高空氣質(zhì)量的前提下，政府能借助它的幫助，盡量平衡它與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，在精細(xì)化減排或者區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控過程當(dāng)中，起到更好的角色支持作用。這是"綠色地平線"計(jì)劃在污染治理方面的應(yīng)用。

可再生能源預(yù)測系統(tǒng)，也是IBM"綠色地平線計(jì)劃"下針對可再生能源領(lǐng)域的一個(gè)重要解決方案。主要通過IT技術(shù)來提升并網(wǎng)效率。

該系統(tǒng)在國內(nèi)很多光伏電廠，還有英國、美國的新能源企業(yè)都有部署，為它們每天日常發(fā)電計(jì)劃的制定提供了很好的支持。IBM使用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，將風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)，還有太陽能的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳到系統(tǒng)當(dāng)中來，再通過認(rèn)知計(jì)算將這些風(fēng)力發(fā)電模型和天氣模型整合起來，達(dá)到有效結(jié)果。在新能源企業(yè)中，風(fēng)電最大的問題是并網(wǎng)問題，因?yàn)闊o法得到準(zhǔn)確的預(yù)測，可能并網(wǎng)效率會(huì)非常低。功率預(yù)測使得這些應(yīng)用可以更加準(zhǔn)確地幫助風(fēng)電廠、光伏電廠獲得更好的并網(wǎng)策略，提升可再生能源利用效率。

當(dāng)前，“綠色地平線”計(jì)劃在中國一些城市已經(jīng)取得了初步進(jìn)展，正在支持社會(huì)管理者更有效地進(jìn)行針對空氣和能源管理決策，抓住區(qū)域發(fā)展的契機(jī)，以打造一個(gè)更宜居的環(huán)境，助力可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。而由“綠色地平線”計(jì)劃衍生出一些生活化的移動(dòng)互聯(lián)輕應(yīng)用，可以讓民眾在戶外活動(dòng)時(shí)獲得專業(yè)、全面的空氣質(zhì)量信息和決策考量。

此外，“綠色地平線”計(jì)劃也擴(kuò)展到了其他國家：在印度，IBM與新德里市政府簽訂協(xié)議，將利用“綠色地平線”技術(shù)，有效地解決印度首都空氣污染問題;在南非，IBM與約翰內(nèi)斯堡開展合作，通過構(gòu)建空氣污染分析與預(yù)測模型，為決策者提供量化決策支持，幫助約翰內(nèi)斯堡的空氣質(zhì)量管理與可持續(xù)發(fā)展。

IBM中國研究院院長沈曉衛(wèi)稱， IBM將繼續(xù)致力于與產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各方攜手，利用IBM強(qiáng)大的技術(shù)資源，助力中國的綠色經(jīng)濟(jì)增長，支持中國“生態(tài)文明建設(shè)”，并逐步向全球拓展，推動(dòng)人類進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的時(shí)代。IBM希望通過“綠色地平線”計(jì)劃的不斷拓展與推進(jìn)，讓更多的國家和地區(qū)受益。