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市生态环境监测中心主任刘保献:环境监测将用上区块链、大数据

  • 2022-06-30 13:40:06

北京市第十三次党代会正在召开,党代会报告提出,去年北京空气质量首次全面达标。未来,北京要深入打好污染防治攻坚战,协同控制PM2.5和臭氧污染。

空气质量全面达标背后,监测起到什么作用?未来还有哪些新的监测重点和手段?对此,北京市第十三次党代会代表、北京市生态环境监测中心党委书记、主任刘保献接受了新京报记者采访。

北京市第十三次党代会代表,北京市生态环境监测中心党委书记、主任刘保献。受访者供图北京市第十三次党代会代表,北京市生态环境监测中心党委书记、主任刘保献。受访者供图

谈监测网络:

小型传感器设备,使监测延伸到街道乡镇等管理“末梢”

新京报:2021年,北京PM2.5、臭氧等六项大气污染物浓度值首次全部达到国家二级标准,大气污染防治工作取得里程碑式突破,监测在助力目标达成方面起到了什么样的作用?

刘保献:在这场“蓝天保卫战”中,环境监测充分发挥了“耳目”“尖兵”和“基石”的作用,为大气污染治理提供了科学的技术支撑。

这些年,北京市率先在全国建立了城市空气质量预测预报体系、“天空地”一体化空气质量监测网络以及覆盖街道(乡镇)的高密度监测体系,搭建了首个重型柴油车在线监控平台,并充分利用卫星遥感、走航监测、视频监控等科技手段,精准快速全面地识别主要污染物的浓度和排放特征。

在这些完整的监测业务体系和技术体系支撑下,我们先后发布了3轮PM2.5来源解析结果,开展了2次北京市大气污染治理措施效果评估。从监测到评估、从发现问题到寻找源头,环境监测工作在助力达标的过程中一路保驾护航。

新京报:你曾经尝试将认知计算与物联网引入到环境监测体系中,这样做的效果如何?

刘保献:2012年PM2.5开始作为环境空气质量评价指标,当年北京利用3个月完成35个站点PM2.5设备的安装。这个网络成为了现在北京PM2.5自动监测网的基础,并形成了完整的标准和质量体系。

随着大气污染治理的深入,空气管理、污染防治越来越向精细化发展。在这个背景下,原有的监测体系很难完全支撑管理需要,特别是难以覆盖到街道乡镇等管理“末梢”。于是,我们利用了小型、智能、成本相对较低的传感器监测终端,作为原有自动监测体系的重要补充和延伸。

当时最大的挑战是数据质量的问题,比如环境中的湿度可能对传感器造成影响。我们团队就通过人工智能的方法将影响因素和监测结果建立起因果关系,以此提升了监测分辨率,也使监测更加高效。

这种监测手段和方法体系的创新,在全国起到了良好的示范作用,在国际上也处于领先地位。这套监测体系使数据直达基层环境监管人员的手中,问题定位、诊断都有了抓手。此外,大量的数据为监测人员提供了诸多挖掘角度,结合大数据算法,开发出一系列精准溯源产品,开辟了深层次探究环境问题的阵地。

谈监测背后故事:

曾在雨中调试设备,研究湿度质控问题

新京报:在建成国际领先的新一代空气质量监测网络过程中,你和团队遇到过哪些难题?又是如何突破的?

刘保献:在体系建立初期,我们遇到过多项技术难题与研究瓶颈,譬如提升设备一致性和准确性的问题、解决质控算法的问题、千余个点位大规模布设的问题以及监测数据如何为管理提供支撑的问题等,为此常常加班加点研究解决方案。

记得有一天,大家讨论湿度质控问题到很晚,尽管开展“头脑风暴”,却依然难以用实际案例佐证想法与推测,情绪不高的我们决定先散会回家,明天继续研究。但是刚到半路,外面就下起了滂沱大雨,大家意识到,这是个研究高湿度天气下质控模型的好时机,于是立即收起一天的疲惫,又不约而同地回到单位,在雨中开展设备调试,并对数据进行梳理和总结,最终解决了特殊环境下设备的质控问题。就是在这样日复一日的钻研摸索中,北京市的高密度网络才逐步建成,为北京市的精细化管理提供了有力支撑。

新京报:你带头研制了北京唯一的PM2.5成分日历图,为何要研制这样的日历?

刘保献:环境治理不能仅仅知道浓度,还要知道组分。浓度让我们明确了治理的要求,组分才让我们知道治理的方向和目标,以及如何去进行治理。污染治理是一个长期的过程,需要日积月累开展工作,所以PM2.5的基础数据至关重要。

北京市PM2.5组分分析工作从2013年开始,至今已历时近10年,自组分网建成以来,组分数据量已达每年10万-20万个。长时间尺度的北京市大气PM2.5组分日历图,呈现了北京市大气PM2.5和主要组分的日均、月度、年度浓度和构成变化情况。

发现构成变化,就能开展精准治理。举例来说,春天,我们发现地壳物质占比明显增加,此时扬尘源的治理就很关键。冬天,组分中硝酸盐、有机物有所增加,所以秋冬季要开展氮氧化物、挥发有机化合物等前体物的治理。

新京报:除了大气,目前北京在土壤和水环境监测上,有哪些先进的做法吗?

刘保献:土壤和水环境监测也是生态环境的重要组成部分,这些年在土壤和水环境监测上,我们也在不断创新。

在土壤环境监测方面,按照“分级布网、分类评价”的原则布设了国家级和市级的两级土壤环境监测网络,并按照农用地和建设用地等不同用地类型对土壤环境进行分类评价工作;同时利用高分辨率卫星数据,遥感监测污染地块现状及变化。

水环境监测方面,我们在国内首创了“采测分离”地表水监测模式,从机制上有效避免人为干扰,确保数据真实、准确;拓展水环境监测新技术应用,建立全光谱水质自动监测预警技术体系,以及指纹图谱溯源新技术,解决重点区域的水污染问题。近两年,我们将监测从水质拓展到水生态。原来我们监测水中的化学指标,目前增加了一些水生态指标,比如浮游植物、浮游动物、底栖动物等,以更加客观、科学、全面地评价水环境状况。

谈冬奥期间环境预测:

赛区实现了“小时级”“公里级”精准预报

新京报:今年冬奥会期间,北京市空气质量每日达标;北京冬奥会、冬残奥会赛事期间,北京PM2.5平均浓度为36微克/立方米。这期间大气环境预测工作是如何开展的?发挥了哪些作用?

刘保献:冬奥会期间,正值秋冬季,是北京市PM2.5污染的高发期,历年也都会在这个时间段出现污染过程。我们主要做了三个方面的工作。

一是空气质量的精准预报。北京一直在持续提升空气质量预报预测的能力,目前预报时效从原来的未来3天预报,逐步扩展至未来7天。冬奥会需要我们定时定点精准预报空气质量,比如预测鸟巢未来一段时间的空气质量,这与我们原来获取整个北京城市级别的空气质量情况还是有很大差别的,所以给我们提出了很高的要求。为了服务好冬奥会,我们专门构建了一套精细化的空气质量预测预报体系,能够将预报的能力从“天”的尺度细化到“小时”级别,整个区域的预报能够细化到公里级。冬奥会开幕式举行的时候,我们提前24小时精准预测鸟巢附近空气质量结果,为环境管理提供了数据支撑。

同时开展精准溯源,我们利用现有监测网络,结合卫星遥感、移动走航、环保用电、工地视频的监测结果,利用大数据分析技术实时精准获取重点领域数据。

大气是流动的,特别是在重污染期间,区域传输对北京的影响能达到六成以上。我们在生态环境部的带领下,开展了整个区域对北京影响的分析,支撑了整个区域的联防联控。

谈未来工作:

结合减污减碳 将构建温室气体监测网络

新京报:北京已经开展了三轮源解析,呈现了什么样的变化趋势?未来监测重点是什么?

刘保献:北京市发布了三轮细颗粒物(PM2.5)来源解析研究成果。2014年,北京市作为全国首个发布单位,发现北京市本地污染排放贡献占64%-72%,其中机动车、燃煤、工业生产、扬尘为主要来源。

2018年,北京市发布了新一轮细颗粒物来源解析研究成果,本地排放占2/3,主要污染源绝对浓度贡献全面明显下降,燃煤源基本退出主要贡献行列,移动源独大,占比上升到45%,扬尘上升到16%。

第三轮时,本地排放中各类源绝对量实现“瘦身”,重污染期间区域传输高达六成以上。本地排放中,移动源仍独大,占比46%,生活源凸显,占比16%,成为第二大污染来源。这与世界发达城市特征相似,呈现出特大型都市的典型污染特征。

目前看,还可以继续强化对本地排放中移动源(特别是柴油车)、生活源、扬尘源和工业源的精细化管理,强化PM2.5和臭氧协同控制。

PM2.5和臭氧协同控制,要求我们不仅仅监测这两项污染物,还需要关注这两项污染物共同的前体物——挥发性有机物。挥发有机物的种类比较多,对监测还是构成很大挑战的。

新京报:未来还将应用哪些监测手段?开展哪些工作?

刘保献:根据“十四五”规划目标,北京市将不断健全现代化环境治理监测体系,构建统一规划、天地一体、技术创新的生态环境监测网络,建成覆盖环境质量、生态环境状况和污染源的生态环境监测网络,提升生态环境监测能力。并且持续加强科技支撑,充分利用人工智能、物联网、区块链及大数据分析等技术,提升科技治污、精准治污能力。

目前,我们还在探索大数据分析技术的应用,提升环境监测的自动化、智能化、精准化。举例来说,之前去工业企业检查,要开展实地检测,现在我们拿到用电数据,就能够精准了解企业在生产过程中是否落实了减排措施,由此进一步丰富了现有监测体系。

新京报记者 张璐

编辑 陈静 校对 薛京宁

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