浙江省數字化改革背景下的大氣環境監測預報預警.pdf

1、浙江省數字化改革背景下的大氣環境監測預報預警趙文龍浙江省生態環境監測中心2023年9月1日上海浙江省生態環境大數據重點實驗室浙江省生態環境監測預警及質控研究重點實驗室第十一屆長三角空氣質量管理技術研討會數 字 化 改 革監測預警體系數 字 化 集 成改 革 成 效報 告 提 綱1數字化改革改革進程構建數據集成、“大腦”輔助的決策支撐體系，完善“大腦”體系，提升監測評估、預測預警、實時響應和戰略目標管理能力。袁家軍，浙江省第十五次黨代會上的報告（2022年6月20日）2022年縱深推進數字化改革為高質量發展建設共同富裕示范區提供強勁動力提出“數字浙江”2003數字環保2011“最多跑一次改革”2

2、014政府數字化轉型2018數字化改革2021智慧環保2017黨建統領整體智治數字政府數字經濟數字社會數字文化數字法治基層治理系統一體化智能化公共數據平臺理論體系制度體系碳達峰碳中和污染防治攻堅生物多樣性保護生態惠民助企生態環境安全2022年數字政府系統“跑道”政務服務經濟調節市場監管生態保護應急管理政府運行2022年數字政府生態保護“子跑道”在全省1612體系中，專門設立數字政府生態保護跑道，體現了省委、省政府對生態環境工作的高度重視，也對我們數字化改革工作提出了更高要求。認真學習、深刻領會習近平總書記關于數字化改革重要論述學習貫徹全省數字化改革推進會、數字政府建設專班例會等會議精神，提升數

3、字素養、增強改革本領，真正推動從“要我干”向“我要干”的轉變。1數字化改革數字化改革認識聚焦生態環境部試點批復，省委十五次全會“打造生態文明高地”和“打造數字變革高地”部署，認真貫徹落實關于深化數字政府建設的實施意見，圍繞深化數字政府建設，以“六個全”構建全域智慧的數字化生態環境保護體系。天空地人全感知五官（物聯感知）強化對大氣、水、土壤、自然生態等環境要素實時感知、實時監控。環境網絡全互聯經脈（網絡+安全）打通國家省市縣四級網絡和政務網、專網，實現跨層級、跨領域的網絡互聯互通。環境數據全流通血液（數據）加強生態環境數據倉建設，推進數據全量歸集和共享使用。大腦（多維集成）指揮決策全智能建設生態

4、環境大腦，實現“監測評估、預測預警、實時響應和戰略目標管理”全智能。手腳（場景應用）環境治理全協同打造美麗浙江綜合集成應用和一批多跨協同場景應用，推動生態環境綜合、系統、協同治理。肌肉（運營+運維）環境管理全統籌統籌推進污染防治攻堅戰，生物多樣性保護和生態環境安全防控等美麗浙江建設各項任務。1數字化改革總體架構平臺+生態環境大腦網絡安全體系組織保障體系標準規范體系政策制度體系應用支撐體系數據資源體系基礎設施體系一體化數字資源系統IRS水環境監測網政務云政務外網互聯網政務內網生態環境數據倉發改數據倉自然資源數據倉水利數據倉建設數據倉交通運輸數據倉農業農村數據倉重大應用業務應用體系國家部委數據長三

5、角數據海洋環境監測網大氣環境監測網土壤環境監測網污染源監控體系門戶浙政釘浙里辦環境管理全統籌環境治理全協同指揮決策全智能環境數據全流通環境網絡全互聯天地空人全感知督察在線雙碳智治減污降碳在線浙樣生態林長智治浙里生態價值轉換浙里環評嚴守安全底線過程污染治理源頭低碳轉型結果轉化惠民與服務高質量發展生態環境提升生態環境安全碳達峰碳中和生態修復與生物多樣性保護生態惠民助企污染防治攻堅五水智治浙里凈土浙里藍天藍色循環執法在線浙里無廢基礎庫主題/專題庫環境質量感知污染源排放感知環境質量畫像超標預警大氣環境預測污染溯源分析智慧決策執法聯動美麗浙江水數據氣數據土壤數據固廢數據生態數據.精準治氣 精準治水 精準

6、治土 督察執法 環境準入 無廢城市.美麗浙江門戶/生態環境大腦戰略管理協同調度決策賦能分析研判預測預警風險識別畫像分析態勢感知企業環保畫像工況監控水環境預測違法線索研判環境形勢分析應急處置模型庫預測模型溯源模型水動力模型氣象模型盒子模型受體模型算法庫企業信用評價 七日滑動均值區域綜合評價卡爾曼濾波空氣質量指數無廢指數知識庫法律法規政策文件環境標準應急規則數據審核規則“三庫”多維集成“一倉”全量歸集“八能力”賦能躍升環保專網21個基本單元按照“一表一圖N清單”方法，確定了“大腦”總體建設架構，并梳理了“精準治氣”等9個智能模塊共21個基本單元。精準治氣精準治水精準治廢精準治土減污降碳協同增效環境

7、問題發現企業監管環評準入陸海協同治理9個智能模塊環境空氣自動站和功能站1737個地表水斷面和飲用水源水質自動站312個鄉鎮小微水質自動站453個重點企業污染排放在線監控3609家重點企業企業用電監控7259家企業尾氣排放在線監控25.4萬輛柴油貨車生態環境數據倉歸集數據167億條態勢感知數據集成與共享數據共享131個單位173個系統接口被調用3934次共享數據1481億條數據需求（169個目錄）已歸集134個歸集中35個生態環境大腦基于一體化智能化公共數據平臺，綜合集成算力、數據、模型算法、知識規則等數字資源，借助生態環境態勢感知網絡體系，形成以數據計算分析、知識集成運用、邏輯推理判斷為核心的

8、智能化系統，提升生態環境領域業務運行監測評估、預測預警、實時響應及戰略目標管理的能級水平，支撐數字化改革應用賦能躍升，推動實現生態環境態勢全感知、環境網絡全互聯、環境數據全流通、指揮決策全智能、環境治理全協同、環境管理全統籌，是美麗浙江建設的數據底座、能力中心和協同中樞。1數字化改革生態環境“大腦”架構體系數 字 化 改 革監測預警體系數 字 化 集 成改 革 成 效報 告 提 綱2依托生態環境大腦，建立一網感知、一屏統覽、一鍵調度、一體閉環的指揮體系。強化智控，多跨協同。加強數字化改革成果應用，全面提升常態化會商研判、指揮調度、污染源排放動態評估、污染過程應對能力。（三）提升大氣污染精準管控

9、能力。依托“生態環境大腦”和“浙里藍天”數字化應用，建設涵蓋環境空氣質量監測、污染源監測監控、大氣污染源清單、能源消耗、交通流量、氣象數據等的指揮平臺，集成指揮調度、環境空氣質量預測預報、大氣污染源排放動態評估等功能。完善“浙里藍天”熱點網格等應用，建立問題智能發現、及時處置、結果反饋、評估優化的閉環管理機制，實現大氣污染源的精準排查和管控。數字化應用總體原則數字化應用具體要求數字化應用總體目標精細化大氣污染排放格局及強度大氣污染調控措施執行情況精細化空氣質量預報精細化的大氣污染來源基于目標的協同調控策略高時空分辨動態大氣污染源清單基于觀測的大氣污染源反演清單大氣環境綜合立體監測監控網高精度多

10、功能大氣模式系統（回顧+預測）基于AI及BD技術的多源數據融合集成應用系統管理決策監測預報專業需求+數字化改革驅動雙約束條件下大氣污染過程協同精準控制監測預警體系技術體系架構2監測預報預警精細化技術支撐框架實現環境空氣質量態勢動態感知空天地一體空天地一體監測超級計算機支撐預報、溯源、措施制定與評估計算模擬烏鎮超算中心實現人工智能與多模式雙引擎預報預警，支撐溯源與決策評估模式模模式模擬系統支撐污染排放源變化特征評估預報精準溯源精準建議精準評估精準排放排放評估系統基于多跨協同、流程再造和場景應用的理念進行數字化集成，深度嵌入數字化改革體系監測預警體系技術體系架構21 大氣環境天地空現代化感知網站位

11、協同 監測因子協同 區域及城市協同、目標協同監測質量監測網國控、省控監測站點區域城市空氣質量監測工業站、交通站、鄉鎮站、路邊站、高空瞭望、走航巡測、衛星遙感、無人機、車流量、船舶等數據污染高值點篩查、區域污染源動態核算、污染過程監控、污染溯源超站、區域站、組分站組成的科學監測網污染成因分析、模式參數驗證、管控成效評估科學觀測網評估監控網監測預警體系2措施落實與整改情況總結根據減排措施工具庫及落實情況，計算地區的NOx、VOCs、PM減排情況，總結提出下一步管控建議。工作進展活動水平問題與分析減排情況及建議 以數字化方式展示主要的活動水平。以“智能監控+現場核查”方式，全面排查異常情況，并形成閉

12、環。根據各類措施落實情況，利用平臺內置算法模塊，綜合計算主要污染物排放情況，評估實際減排量。各地分行業重點源在線各地分行業及政企協商企業用電量地面、水域交通流量渣土車活動通過重點源在線、專項檢查、工業用電量、走航、熱點網格、高值點位、遙感、高空瞭望等手段，全天候、實時排查異常線索，并推送給執法在線。2 基于動態源清單的污染源精細化管控提升技術監測預警體系2集合診斷：多模式預報及回顧模擬診斷技術精細化模擬：浙江全省3km、浙北區域1km（含環杭州灣）多預報時效：臨近3天（每3小時）、短期7天（每天2次）、中期15天（每天），延伸期最長90天（每周）多維排放矩陣：基準+業務化準實時動態、反演清單（

13、每日）區縣網格化定量溯源：臭氧及顆粒物網格化溯源，明確熱點網格的行業、區域及貢獻多元網格化分析：氣象影響評估、聚類分析、排放分析、過程分析、臭氧敏感性分析等（基于雷達、OBM、DDM）智適應減排評估：8小時內給出基于控制目標的最優減排方案及成效評估全要素同化：氣象、污染及VOCs組分、雷達數據同化、沙塵識別自由調參：具備調參和任意定制方案，隨時啟動模擬運算能力3.高性能計算支撐下的多維度全場景大氣環境集合模式系統國家超級計算烏鎮中心 計算峰值：102.4 TFlops，同一集群內保證 15%的節點冗余，集群穩定性：99%存儲空間：1.3PB 計算網絡：200G Infiniband 傳輸帶寬：

14、100Mb/s專線由超算中心直連省生態環境廳大氣模式高性能計算監測預警體系2雙效應同化、動態反演清單優化和模式化學機制優化空氣質量預測全量優化提升技術AI智能融合擇優預報預警技術監測預警體系數 字 化 改 革監測預警體系數 字 化 集 成改 革 成 效報 告 提 綱3支撐精準執法和措施成效評估的熱點篩查技術熱點分析技術污染熱點排放熱點遙感熱點多源地面監測城市鄉鎮區域工業園區交通c長三角火點分布圖6月9日基于卡爾曼濾波與模型耦合的排放反演技術基于監測和清單的污染熱點篩查和溯源技術SO2,NO2,PM2.5,VOCs及其組分基于遙感的區域污染精準篩查技術火點、PM2.5,O3，NO2，HCHO助推

15、精準執法立體監管網絡PM2.5,，CO，SO2,NO2乙烯，乙烷，異戊二烯，苯，甲醛，甲醇數字化集成3區域大氣環境精細化成因診斷和溯源融合分析技術成因診斷和溯源技術支撐成效評估及精準控制策略立體監測網絡PM2.5污染成因及溯源O3濃度過程診斷、成因及溯源區域O3控制區策略診斷c實時多角度場景化O3濃度過程融合分析技術區域多站位PM2.5組分集成融合分析技術基于區域監測的O3敏感性屬性分析技術VOCs光解速率HONO、PAN 02040杭州湖州嘉興金華麗水寧波衢州紹興臺州溫州AFP濃度（g/m3（a）SOA生成潛勢1月13日1月14日1月15日1月16日1月17日0510杭州湖州嘉興金華麗水寧波

16、衢州紹興臺州溫州SOC（g/m3）（b）SOC日均濃度數字化集成3數字化集成 基于CMAQ-ISAM溯源方法+LPDM拉格朗日粒子擴散模型的網格化溯源算法 采取變尺度標記規則，構建業務化的網格化溯源方法 實現O3和PM2.5及其關鍵前體物（乙烷、乙烯、苯、OC、EC）1km*1km網格化來源解析污染溯源標記精細化溯源技術路徑基于大氣模式融合多源觀測數據的精細化溯源3數字化集成歷史過程相似案例構建及智能調用技術基于機器學習的臭氧污染案例智能匹配技術 建立污染案例特征因子管理標準 基于SSD算法建立O3污染歷史案例庫 構建氣象特征AI智能識別模型 實現智能檢索和自動匹配3數字化集成 基于精細化溯源

17、提升技術，對管控區屬性智能劃分和前體物控制區智能識別 基于曲面模型，結合控制區屬性劃分，建立基于臭氧控制目標的“減排代價-實時評估”自適應算法，智能生成臭氧污染應對最佳減排方案。O3污染過程應對方案智適應應對策略算法技術路線基于曲面模型的智適應污染應對策略制定技術3數字化集成基于定制排放清單的全過程評估技術反演清單措施清單預報預警模式系統地基監測數據GFS/FNL氣象數據預評估/后評估技術閉環情景設計措施清單落實效果評估各種情景控制效果，根據措施實際執行情況開展后評估業務運行C自適應C基準C措施 基于預報污染過程，開展環境效應評估，量化管控措施預期效果；利用反演清單、措施清單及措施實施成效反饋

18、，評估措施實際執行情況，完善優化污染應對管控方案。3數字化集成數字化智能動態演示匯報技術演示匯報平臺化圖表調用組件化數據分析動態化內容編輯實時化核心功能在線創建演示匯報文件，自由化、定制化插入圖片/文字/表格、調整頁面順序、全屏演示等各類基礎功能，適配大屏幕，支持32:9和16:9兩種比例。任意調取平臺各模塊中的各種分析圖表，直接插入編輯頁中。涵蓋70多個組件，上百種不同的分析圖表，結合查詢條件組合，形成成千上萬種不同分析內容。平臺數據庫自研時間更新組件，被調用的圖表均聯動后臺數據庫，可單獨設定每個圖表的數據定時更新機制，編制完成一份匯報模板后數據動態更新，可隨時用于匯報。多人編輯時間更新組件

19、在線合并組件一人演示1234當匯報材料編輯內容較多，需要分工協作時，支持多人分別編輯多個文件，再通過在線合并功能，一鍵合并成單個演示文稿。3數字化集成信息化平臺構建和模塊集成應用數據+中臺+模塊的模式打通源排放反演預報與溯源自適應減排成效評估管理決策建議流程3數字化集成工作閉環=技術閉環+管理閉環大氣環境監測預報預警數字化治理體系數 字 化 改 革監測預警體系數 字 化 集 成改 革 成 效報 告 提 綱4改革成效改革前由于業務特點，生態環境系統積累了大量生態環境相關數據，但由于沒有統一數據倉，存在碎片化問題突出，結構性數據有缺失，離全量歸集有差距，數據完整性、及時性、一致性不夠等問題，數量和

20、質量都還無法高效支撐應用建設。改革后在省公共數據平臺上搭建生態環境數倉，推進廳局間數據全量歸集，加強生態環境部數據回流，解決數據歸集不全、碎片化等問題，推進生態環境領域數據應采盡采、應歸盡歸。生態環境數據倉在省一體化智能化公共數據平臺上搭建生態環境數倉，推動廳局數據歸集。應采盡采，應歸盡歸已歸集生態環境部回流、省級廳局共享和本系統三類數據共167億條。數據共享向131個單位173個系統提供數據共享，接 口 被 調 用 3934萬次。全省生態環境數據底座全面形成4改革成效改革前生態環境工作涵蓋大氣、水和土壤等，需要依靠大量監測數據才能清楚掌握生態環境狀況，生態環境系統經過多年建設，在前端態勢感知

21、上雖有一定基礎，但存在后知后覺問題，實時感知能力不足，難以滿足精準治理要求。此外，我省排污企業量多面廣，執法人員少，環境問題智能監管能力不足。改革后通過構建起“天地空人”生態環境實時態勢感知體系，補齊建強自動監測站，運用物聯網技術、大數據分析等手段提高工作效能。物聯網感知設備接入空氣站1737個環境空氣自動站工業園區工業園區100個大氣自動監測站排污企業3609家重點企業污染排放數據實時采集聯網污染設施1.4萬個污染設施視頻監控等聯網用電監控用電監控企業7259家尾氣監控25.4萬輛柴油貨車OBD在線監控能力提升升級改造13個大氣環境功能站、新建1個烏鎮大氣環境監測超級站、新建9個重要機場港口

22、環境空氣自動站等。生態環境態勢實時感知能力大幅增強4改革成效改革前由于缺乏大數據分析能力和智能模型算法支撐，傳統治理手段又難以突破，無法對環境質量進行精準預測，對污染問題進行精準溯源，支撐治理能力現代化能力不足。在出現環境污染問題后，往往需要大面積、大范圍排查，在重大活動保障中，出現“一刀切”停產、限行等情況。改革后圍繞治氣、治水、治廢等核心業務，開發建設生態環境“大腦”，推動解決傳統手段協同管控不強、人力投入大、污染溯源不準、基層能力不足等難題。模型算法反演通過集成模型算法反演污染動態排放情況排放熱點篩選按照3 3公里網格篩選出大氣污染排放熱點區域形成任務清單通過“大腦”運算提出各地的大氣工作任務清單開展排查治理市縣生態環境部門按照工作清單開展工作大氣環境治理現代化能力加速提升4改革成效生態環境部給予大力支持批復同意我省為生態環境數字化改革和生態環境“大腦”建設試點省部、省領導予以充分肯定黃潤秋部長、翟青副部長等領導予以批示肯定。希望為國家構建智慧高效的生態環境管理數字化體系提供浙江標準、浙江經驗。8月24日，盧山副省長到我廳調研指導數字化改革工作，充分肯定了我廳攻堅以來所取得的成績。生態環境部在全國推廣浙江數字化改革工作經驗9月30日，生態環境部信息中心特邀省政府辦公廳陳新忠副主任圍繞浙江數字化改革作專題報告，向全國生態環境系統介紹我省數字化改革經驗。敬請批評指正