科学“预测”雾霾

邓晓蕾

12月，北方正当隆冬多雪之时。张岱曾在《湖心亭看雪》中写道： “雾凇沆砀，天与云与山与水，上下一白。湖上影子，惟长堤一痕、湖心亭一点、与余舟一芥、舟中人两三粒而已。”这真是一幅水墨的湖山夜雪图。如今，在重霾狂漫的日子里，“上下一灰”、其中“一痕”、“一点”、“一芥”、“两三粒”的效果却如末日景象一般。这样的空气状况下，促使人易产生的最真实的想法是：逃离。但真正的安全之地在哪儿？也许现在我们可以逃离，那更远的未来呢？现在驱散雾霾的办法，除了靠天（刮大风），还能做什么呢？

实现空气预测性管理改善空气质量

12月7日18时，北京市应急办宣布，于12月8日7时至12月10日12时首次启动空气重污染红色预警，学校停课，露天活动取消。

我们不禁想问，为发布三天的红色雾霾警报事先怎么做预测的？

“要治理雾霾和污染，首先必须提高数据收集、监测和预测能力。”近日，北京市环境保护监测中心副主任兰平在IBM举办的2015“绿色地平线”研讨会上谈到，在过去一年中北京市环境保护监测中心与IBM研究院合作的“绿色地平线”计划发挥了它的功效，通过把环境监测治理领域经验与新一代信息技术深度融合的积极尝试，在全方位提升技术能力和管理支撑水平上取得了良好的效果，比如首次红色预警、助力一些赛事重大活动等。该项目利用认知计算和物联网技术实现提前10天城市级的空气质量趋势预测，促进环境改善。

据了解，IBM携手北京市环境保护监测中心成立了“联合创新实验室”，共同致力研发基于大数据分析的城市空气质量决策支持技术。通过深入分析环境监测的各类数据，以及基于认知建模技术，可以更好地了解空气污染成因，及时预报预警，科学制定减排措施，为空气质量管理提供科学决策支撑。截止到2015第三季度末，北京市细颗粒物PM 2.5与去年同期相比下降了19.3%，成效显著。

IBM推出的“绿色地平线”计划（Green Horizon），旨在解决社会可持续发展的三大难题——大气污染防治、可再生能源高效利用和企业节能减排，是由IBM中国研究院牵头，整合IBM全球12家研究院的研发力量和最新研究成果，通过认知计算、大数据分析、物联网等技术，提升民众健康保障，推动中国迈向更绿色和经济可持续增长的时代。

IBM大中华区总裁陈黎明表示：“治霾不是一朝一夕、一蹴而就的事，它绝对是一场持久战。从‘绿色地平线发起之初，IBM就将环境与能源视为标本兼治的两个重要方面，并正在利用全球最先进的技术与合作伙伴协同创新，致力于推动中国建设生态文明大国的进程。一方面，我们正在帮助中国解决空气质量问题以确保民众健康;另一方面，我们将助力中国减少对化石燃料的依赖，不断提升可再生能源的使用效率，为中国乃至全球的可持续发展做出贡献。IBM有信心助力中国在能源与环境领域实现更多的创新与超越，并为世界其它国家提供有价值的借鉴。”

环保部办公厅信息办副主任詹志明表示：“当下，要明白雾霾的成因，要研究雾霾的临界点，既保护环境使大气污染能够得到控制，又不影响经济发展，这才是负责任的治霾态度。环保部已经部署了应对雾霾重污染天气的行动，提出雾霾的科学治理、科学预测预警与应对。解决环境问题的关键不单单是监测排放，更需要采用综合空气质量管理方法。因为信息化不仅推动技术的进程，更应该推动管理的进程。”

优化可再生能源使用降低碳排放

12月12日晚，《巴黎协定》出炉，为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。值得强调的是，中国在推动全球减排举措的国际合作中扮演了重要角色。中国在《巴黎协定》中承诺，到2030年国内单位GDP的二氧化碳排放量较2005年下降60%至65%，这意味着企业必须加快推进能源结构的转变，同时提高能源利用效率;对于普通百姓而言，绿色低碳的生活方式将得到鼓励。

随着中国致力于降低煤炭在能源结构中所占的比重，令可再生能源得到更高效的利用。可再生能源的高效利用和环境污染防治离不开大数据分析、物联网和认知计算等先进技术。IBM“绿色地平线”计划在中国的污染防治和可再生能源领域又迎来新的商机。

为了更好地支持2022冬奥会开幕和京津冀一体化，IBM宣布将拓展其“绿色地平线”计划。IBM与河北省张家口市政府签署合作备忘录，双方将在可再生能源和智慧环保等领域的技术研发、新技术应用、产业发展和人才培养等方面展开全面合作，推动智慧环保和可再生能源利用技术与解决方案效应，为2022冬

奥会和京津冀一体化中民生关切重点领域提供更有力的科学决策支撑。

受复杂污染源影响，保定市是中国面临空气质量重大挑战的城市之一。目前，保定市政府正努力用更多的先进信息技术和手段为居民改善日常的空气质量。2014年保定是面临中国大气污染挑战最大的一年，今年在空气污染治理上下了大力，已出台实施大气污染治理三年行动规划，未来三年力争实现PM2.5浓度比2012年下降33%的目标。与IBM协作创新应用新技术新方法提升空气质量管理，将是实现这一目标的重要技术保障。数据分析是大气污染防治和污染源头治理的关键环节。IBM与中康韦尔联合研发的系统通过精细化的数据建模和分析，可以进行污染预报和溯源分析，帮助我们快速采取有针对性的行动，加强对高污染企业的监管和治理力度，从源头上降低污染物的排放。”

对此，张家口市下花园区省委书记王小军表示：“张家口面临三大机遇：2025年冬奥会、全国可再生能源示范特区，以及京津冀协同发展。围绕这三大机遇，张家口已经行动起来了。截至今年11月份，在空气治理和环境治理上，下花园区的优良天数达到了240天，张家口市区达到280天左右。在生态上，通过多种树、兴水利打造更好的生态涵养区。在产业转型上，围绕可再生能源示范区进行建设。到2020年，可再生能源消费量要占终端能源消费量的30%，2030年达到50%，以可再生能源为代表的新兴产业集群，将成为张家口市经济增长的新支柱。另外，下花园区通过打造中英智慧环境产业园实现三个目标：第一，要做环境监测传感器的研发和制造基地;第二，要做环境大数据的集成分析应用和增值服务的分析;第三，要做环境治理技术方案的提供者。”

IBM已经与世界各地的可再生能源企业展开了合作。

IBM与国家电网冀北电力有限公司的张北风光储输示范项目合作，为其提升了10%的可再生能源接入量，这些增加的能源每年可供1.4万个家庭使用。

同时，IBM正与中国规模最大的风电整体解决方案供应商——新疆金风科技股份有限公司开展合作，利用物联网、云计算、大数据等新技术，推动金风科技的业务创新和数字化转型。“为全世界提供清洁高效的能源，一直是金风科技不懈的追求。”金风科技公司董事长武钢表示，“要保持企业长久稳定发展，持续不断的创新至关重要。我相信，这次和IBM公司的合作，将帮助我们充分利用世界上最先进、最有效的技术，推动金风科技的创新与转型。”

此外，IBM也与国内领先的第三方风电技术服务商——沈阳凯风技术股份有限公司开展联合创新，共同利用大数据和认知计算技术，来提升可再生能源的利用效率。

“绿色地平线”背后的科技

在环境发展的进程中，应用科技创新更好地支撑环境管理成为政产学研的共识。清华大学环境管理与政策研究所所长常杪表示：“大数据在路上。以前做环境治理的解决方案基本是静态的，一般采用年度数据、模型，进行情景分析可控到何种程度会有所改善。可是数据远远不够，因为非常缺动态数据。目前，特别需要政产学研通力合作，通过新技术叠加专业知识，给客户提供持续性的解决方案。”

IBM中国研究院副院长、“绿色地平线”计划全球负责人董进博士表示，空气污染已成为全球面临的普遍问题。以认知计算和物联网为代表的信息技术，将成为对环境治理最有力的科技支撑。“绿色地平线”计划主要包括空气污染防治和管理。它的主要任务包括：解决环境问题，并不单指环境领域，也包括工业领域;如何做节能减排，高效利用能源;新能源的利用，如何改变能源的消耗结构，尽量增加新能源在整个能源消耗中间的比例等。

IBM已经开发了一套空气质量预测与管理系统，该系统通过分析遍布环境监控网络、交通监视系统和气象卫星等传感器生成的大量环境数据，基于认知建模技术，能够实现自适应地调整预测模型，从而大幅提升预测精确度。该系统除了实现提前72小时逐时高精度空气质量预报之外，还实现了提前10天城市级的空气质量变化趋势预测分析。通过提前10天的趋势分析来预测雾霾的发生，可以帮助决策者对空气污染的演变过程和影响形成准确的研判，从而为应急管控与区域长效联动机制有效运行提供支撑。目前，IBM已与中国多个环保机构展开了合作。比如，由此，政府可以针对地区有何影响、传输路径条件，如何做到经济减排、实现联防联动等，这在大气污染防治过程中是很重要的体现。

提前预测的重要前提是对未来的天气变化趋势的了解。IBM通过收购的全球最大的气象数据服务公司TWC，利用其全球范围的天气数据，对未来天气变化形势进行分析。比如，对京津冀地区有何影响、传输路径条件，如何做到经济减排、实现联防联动等，这在大气污染防治过程中是很重要的体现。

另外，将物联网（IOT）技术，结合分析气象，环保，交通等数据，是“绿色地平线”计划非常重要的部分。考虑能源和环境问题之间的平衡，实现绿色发展，也是“绿色地平线”计划希望通过IT手段解决的实际问题。在提前预报预警后如何来治理更是一个重要问题。“绿色地平线”计划最关键的不仅是预测分析，还有为相关决策者提供决策支持。

IBM大气污染量化决策支持平台，是“绿色地平线计划”在空气污染领域的主要应用。IBM通过多模型的集合方式，充分使用不同的模型， 把这些模型整合到一起通过认知计算的模式，充分发挥各个模型的优势，实现一个超级模型。超级模型可以做什么？第一，未来空气质量的预报预警。第二，更为精细。在预测未来十天空气质量变化的趋势上，政府有更长时间做准备工作，预防重污染，提前采取一些防护措施。通过预报可以找到未来空气质量变化趋势，在提高空气质量的前提下，政府能借助它的帮助，尽量平衡它与经济发展之间的关系，在精细化减排或者区域联防联控过程当中，起到更好的角色支持作用。这是"绿色地平线"计划在污染治理方面的应用。

可再生能源预测系统，也是IBM"绿色地平线计划"下针对可再生能源领域的一个重要解决方案。主要通过IT技术来提升并网效率。

该系统在国内很多光伏电厂，还有英国、美国的新能源企业都有部署，为它们每天日常发电计划的制定提供了很好的支持。IBM使用物联网的技术，将风机数据，还有太阳能的数据，实时传到系统当中来，再通过认知计算将这些风力发电模型和天气模型整合起来，达到有效结果。在新能源企业中，风电最大的问题是并网问题，因为无法得到准确的预测，可能并网效率会非常低。功率预测使得这些应用可以更加准确地帮助风电厂、光伏电厂获得更好的并网策略，提升可再生能源利用效率。

当前，“绿色地平线”计划在中国一些城市已经取得了初步进展，正在支持社会管理者更有效地进行针对空气和能源管理决策，抓住区域发展的契机，以打造一个更宜居的环境，助力可持续发展目标。而由“绿色地平线”计划衍生出一些生活化的移动互联轻应用，可以让民众在户外活动时获得专业、全面的空气质量信息和决策考量。

此外，“绿色地平线”计划也扩展到了其他国家：在印度，IBM与新德里市政府签订协议，将利用“绿色地平线”技术，有效地解决印度首都空气污染问题;在南非，IBM与约翰内斯堡开展合作，通过构建空气污染分析与预测模型，为决策者提供量化决策支持，帮助约翰内斯堡的空气质量管理与可持续发展。

IBM中国研究院院长沈晓卫称， IBM将继续致力于与产业生态系统各方携手，利用IBM强大的技术资源，助力中国的绿色经济增长，支持中国“生态文明建设”，并逐步向全球拓展，推动人类进入可持续发展的时代。IBM希望通过“绿色地平线”计划的不断拓展与推进，让更多的国家和地区受益。