四川“空天地”一体化监测技术保障“绿色”大运会

2023年7月28日，第31届世界大学生夏季运动会(以下简称大运会)正式在成都拉开帷幕，来自世界各地的优秀青年运动员齐聚“天府”，共同展示青春活力和体育风采。作为主办城市，成都已经做好了充分的准备，各项保障措施也得到了全面落实，确保大运会的顺利进行。其中，四川省生态环境监测总站联合成都市生态环境局相关部门，共同负责空气质量监测及预报预警相关工作，为顺利完成大运会期间空气质量保障四川省站利用“空天地”一体化监测技术构建了“空天地”一体化监测平台，为大运会保障提供了重要技术支持，打造了一个绿色、智慧、生态和环保的赛事环境。该平台集成了空基、天基、地基一体化监测与应用，以“实现细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)协同控制”为目标，以“污染溯源-污染防控-效果评估”为链条，构建“空天地”一体化大气污染物精细化溯源体系，在大运会期间为污染溯源与防控提供了有力的保障支持。
 
　　一、以“实现细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）协同控制”为目标，构建由“污染溯源-污染防控-效果评估”三部分组成的一体化精细化溯源体系。
 
　　四川盆地独特的大尺度环流形势和局地气象条件不仅是影响大气污染物生成、积累和清除的重要条件，也是影响区域输送的重要条件。近年来，在《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等一系列政策与措施的指导下，四川省空气质量明显改善，成效显著，但伴随着污染防治要求的不断升高，原来的大气精细化防治支撑力度已经逐渐显露出瓶颈，在经济发展新常态与环境治理压力日益增加的背景下，成效还需进一步巩固，采取更加精细化的环境污染管控措施和联防联控措施已成为未来环境污染治理的总体趋势。
 
　　四川省生态环境监测总站在深入总结分析区域-城市污染特征、形成机制、主要来源和减排潜力的基础上，以“实现细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)协同控制”为目标，构思了由“污染溯源-污染防控-效果评估”三部分组成的一体化精细化溯源体系：一是污染溯源主要从城市近地面常规监测向区域三维立体尺度的污染诊断监测延伸，开展多来源、多因子、多维度、多手段、多过程的“空天地”一体化大气污染物精细化溯源，摸清城市及周边大气污染物空间分布特征，识别重点管控区域和污染源，为区域和城市大气精细化管理和污染防治提供科学决策和数据支撑；二是污染防控以污染源排放清单为主，采用现场调查和核算的方式，全面评估各类源(工业源、移动源、扬尘源、其他面源等)对当地空气质量的影响，精准锁定重点管控对象；三是效果评估指利用空气质量数值模型系统，开展减排措施效果评估，根据评估结果提出污染物减排控制的最优组合、最佳方案、合理减排空间。
 
　　二、构建“空天地”一体化监测平台，实现“空天地”一体化精细化溯源体系自动化、智能化和高效化。
 
　　“空天地”一体化监测平台整合遥感监测、空气质量联网监测和环境大数据分析领域的综合技术，实现了大气污染防控工作的自动化、智能化和高效化。平台汇集了大量多源空气质量监测数据、气象数据、社会活动水平数据、模拟数据，基于WebGIS、专题图等多种可视化表达，快速揭示区域、城市及周边大气污染物的输送和转化迁移等过程；利用空气质量数值模型模拟提出影响城市的主要污染输送影响路径和通道，计算周边区域对本市的贡献值和排序，并结合空基监测系统、天基监测系统、地基监测系统开展的“空天地”一体化大气污染物精细化溯源结果，快速获得城市及周边各污染物浓度的空间分布特征，识别重点管控区域，确定重点管控方向，为大气精细化的管理和污染防治管控提供及时的科学决策和基础数据支撑。

三、补齐效果评估短板，构建监测-防控-评估全链条式闭环，为污染源强化监管、制定精细化污染减排策略提供有力的科技支撑。
 
　　四川省生态环境监测总站在前期“空天地”一体化大气污染物精细化溯源发现的污染特征、前体物排放特征的基础上，确定城市“核心控制区”和“协同控制区”，制定差异化的城市具体减排方案，明确各城市的主要减排污染物、重点减排行业及企业、减排量；对工业源、移动源、扬尘源、餐饮源等污染源的污染物排放量进行摸排和全面核算。基于核算结果，利用空气质量数值预报模型，建立细分源排放敏感性分析及动态减排分析模块，进行动态减排敏感性分析影响模拟，明确评估各热点网格区域排放、污染应急减排对于区域、城市及各区县影响程度，有效识别、评估各类源对当地和区域空气质量的影响，为生态环境管理部门掌握大气污染物的排放特征，加强污染源监管、制定精细化污染减排策略提供支持，避免“一刀切”，减少重污染应急过程中的人力、财力、物力消耗。
 
　　四、实现了从技术研究到业务化应用，为大气精细化的管理和区域联防联控提供科学决策和数据支撑。
 
　　“空天地”一体化监测覆盖了卫星遥感(空基)、臭氧激光雷达(天基)、空气子站常规监测+组分监测+走航监测(地基)等多种监测网络，集成了WRF、CMAQ、CAMx、OBM、hysplit、flexpart等多种空气质量模型和轨迹模型，为大气精细化的管理和污染防治提供科学决策和数据支撑。基于地基观测、卫星遥感等基础数据，结合空气质量数值传输模拟，采用多种方法动态预测污染城市与上风向城市或区(县)，提升污染过程输送通道的研判准确率和精度(到区(县)的尺度)，构建支撑业务化应用的污染传输通道预报预警技术。每次污染过程应对，先根据空气质量预报系统产出的风场预报信息、污染物浓度时空变化信息，提前确定预报污染过程的传输通道及过境城市与区(县)。采用后向轨迹模型、潜在源贡献和聚类分析方法识别污染物传输通道，根据传输通道特征，将联防联控城市划分为“核心控制区”城市和“协同控制区”城市，对区域联防联控提供定量化数据支撑。
 
　　五、智慧监测助力生态环境治理现代化，推动新时代高品质生态环境支撑高质量发展。
 
　　2022年，生态环境部下发《生态环境智慧监测创新应用试点工作方案》，明确要求以四川等地作为创新试点，加大现代化信息技术在生态环境监测领域的运用，建立完善现代化的生态环境监测体系。四川省生态环境监测总站的“空天地”一体化监测平台具有感知高效化、数据集成化、分析关联化、应用智能化、测管一体化、服务社会化等优势特点，实际上是生态环境监测的数字化转型，同时也是生态环境保护部门对建设数字中国、数字政府，推动政务一体化趋势下的积极响应。
 
　　通过加快构建具有四川特色的区域-城市“空天地”一体化大气污染物精细化溯源体系，能够进一步揭示区域、城市及周边大气污染物的输送和转化迁移等过程，实现百米级别的污染源精确化锁定、从城市近地面常规监测向区域三维立体尺度的污染诊断监测转变、从污染物浓度监测向污染全过程监控的转变，最终形成区域、城市、区(县)三级“污染溯源-污染防控-效果评估”全链条防控体系，真正用数智力量守护绿水青山。