大數(shù)據(jù)開辟應(yīng)對氣候變化研究新途徑

□魏丹青

大數(shù)據(jù)蘊(yùn)含豐富的信息和潛在的知識，給應(yīng)對氣候變化研究開辟了一個以數(shù)據(jù)為驅(qū)動的全新研究方式，將極大地推進(jìn)應(yīng)對氣候變化工作進(jìn)程

應(yīng)對氣候變化研究是一項(xiàng)綜合性研究，涉及能源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等眾多學(xué)科，具有復(fù)雜性、動態(tài)性和不確定性，要平衡溫室氣體排放與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會需要，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)決策是一個巨大挑戰(zhàn)。目前應(yīng)對氣候變化戰(zhàn)略實(shí)施仍然停留在政策驅(qū)動層面，如何落實(shí)到技術(shù)實(shí)施，是應(yīng)對氣候變化工作面臨的瓶頸問題。

大數(shù)據(jù)時代的來臨為應(yīng)對氣候變化研究帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院對大數(shù)據(jù)作出定義：“大數(shù)據(jù)是指其數(shù)據(jù)量、采集速度，或數(shù)據(jù)表示限制了使用傳統(tǒng)關(guān)系型方法進(jìn)行有效分析的能力，或需要使用重要的水平縮放技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高效處理的數(shù)據(jù)。”目前大數(shù)據(jù)技術(shù)在經(jīng)濟(jì)、電子商務(wù)及政務(wù)、醫(yī)藥、電網(wǎng)調(diào)配、交通物流、能源等國民生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。例如在智能電網(wǎng)方面，就有利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)診斷、用戶用電行為特征解析、輸電線路狀態(tài)評估等。近年來較熱的“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源也利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析居民用能水平數(shù)據(jù)、企業(yè)能耗、用能負(fù)荷等幫助政府制定能源規(guī)劃與能源政策。

當(dāng)前關(guān)于溫室氣體數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究多是基于模型計(jì)算及情景分析方法，這些方法大多需要時間和成本代價，且僅能從局部或簡化的角度出具分析結(jié)果，無法充分利用海量、多維、異構(gòu)數(shù)據(jù)做出全面分析評估。而大數(shù)據(jù)是應(yīng)用、算法、數(shù)據(jù)和平臺4個要素的有機(jī)結(jié)合，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以平臺建設(shè)為支撐，通過理論、算法研究與實(shí)際問題、應(yīng)用研究相結(jié)合，可以充分挖掘溫室氣體數(shù)據(jù)的潛在價值，拓展數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域，解決應(yīng)對氣候變化面臨的問題復(fù)雜性、計(jì)算效率、方法可擴(kuò)展性等挑戰(zhàn)。

以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。大數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)驅(qū)動的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從海量?shù)據(jù)出發(fā)，通過復(fù)雜計(jì)算，最終得出復(fù)雜模型。與一般統(tǒng)計(jì)建模實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不同，大數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)建模以及預(yù)測均是計(jì)算機(jī)自動進(jìn)行。隨著衛(wèi)星技術(shù)、傳感技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域采集到的溫室氣體、能源、經(jīng)濟(jì)等各類數(shù)據(jù)無時無刻不在增加。

以平臺為支撐。海量數(shù)據(jù)的收集、存儲以及提取都不同于常規(guī)數(shù)據(jù)，需要全新的軟硬件技術(shù)支持，這些技術(shù)以及用于存儲和查詢系統(tǒng)的總和，便是支撐大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)平臺。浙江省從2013年開始建設(shè)省級氣候變化研究交流平臺，建立了高時空分辨的多過程碳排放數(shù)據(jù)庫，開展各類數(shù)據(jù)特征挖掘和模型模擬研究。自平臺建成以來全省溫室氣體數(shù)據(jù)平均每天新增12萬條，積累了自2005年至今省市縣企業(yè)多層級的全領(lǐng)域溫室氣體數(shù)據(jù)。近期在碳排放計(jì)算框架基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)的碳排放決策支持系統(tǒng)，分析碳排放的時空動態(tài)分布，進(jìn)行峰值預(yù)測，為碳排放監(jiān)管以及政策措施效果的評估提供技術(shù)支持。

優(yōu)化算法與應(yīng)用。大數(shù)據(jù)的主要研究方法是數(shù)據(jù)挖掘，主要技術(shù)有分類、關(guān)聯(lián)分析、聚類分析以及異常檢測。廈門大學(xué)的周綺鳳等學(xué)者已采用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來研究建筑行業(yè)的溫室氣體排放影響，提出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的建筑環(huán)境影響評價模型。利用基于約束的特征選擇研究解決環(huán)境熱點(diǎn)分析問題；利用異構(gòu)社區(qū)發(fā)現(xiàn)、半監(jiān)督聚類集成研究降低大規(guī)模建筑環(huán)境影響評價的代價；利用多重異構(gòu)聚類研究輔助綠色建筑設(shè)計(jì)指導(dǎo)，將建筑環(huán)境影響評價數(shù)據(jù)處理的難題轉(zhuǎn)化為一系列特征選擇、分類、聚類的數(shù)據(jù)挖掘問題，再通過構(gòu)建大規(guī)模分布式可持續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)處理平臺，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的分解與集成以及大規(guī)模算法的高效求解，大大降低已有評估方法所需的時間和代價。

隨著國家建設(shè)數(shù)據(jù)強(qiáng)國戰(zhàn)略的提出，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為一種高效有序、交叉性強(qiáng)、綜合性高的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，必然成為信息化發(fā)展道路上的重要工具。應(yīng)對氣候變化領(lǐng)域的關(guān)鍵問題最終可以轉(zhuǎn)化成計(jì)算和信息科學(xué)領(lǐng)域的決策和優(yōu)化問題，將政策驅(qū)動真正落實(shí)到技術(shù)踐行。