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公司简介
IBM,即国际商业机器公司,创立于1911年。IBM公司运用最先进的信息科技,助力各行各业的客户创造商业价值。同时,IBM吸引并拥有全球最优秀的人才,助力对客户及整个社会至关重要的事业,致力于让世界更美好。
IBM的业务涵盖技术与商业领域。始终寻求高价值创新,推动持续改造与转型自身的业务。通过从行业领先的大数据、云、社交移动、物联网与认知计算技术、企业级系统和软件、咨询和IT 服务中形成的产品与整合业务解决方案,为客户创造价值。
1984年,IBM在中国北京设立了办事处。IBM员工与客户通力合作,利用公司的业务咨询、技术和研发能力构建稳健的系统,以创造动态高效的组织、更便捷的交通、更安全的空气、食品、更清洁的水源和更健康的生活。
问题
面对平衡经济发展与人口增长、保障健康的双重需求,空气质量管理已经成为包括中国在内的许多国家面临的共同挑战。
作为全球最大的碳排放国,中国的空气质量预测市场前景广阔。中国《大气污染防治行动计划》,承诺到2017 年将空气质量提升10%。对于IBM来说,为中国空气污染治理提供创新的解决方案,也是巨大的市场机遇。
解决方案
IBM中国研究院开发了一套空气质量预测及管理系统,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,系统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 天的空气质量变化趋势预测分析。通过提前10天的趋势分析,可以帮助决策者对空气污染的演变过程及影响形成准确的研判,从而为应急管控及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。
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。IBM的专家和北京市政府运用超级计算机处理能力,致力于创建具备街道级分辨率的可视化地图,提前72小时显示整个北京污染物的来源和分布,并助力北京实现到2017年减少25%的有害颗粒物的目标。
成效
作为2014年IBM中国推出为期10年的“绿色地平线”计划(Green Horizon)的一部分,通过集合IBM全球12家研究院最优的技术资源、研发力量,IBM 助力中国在空气质量管理领域获得巨大提升,促进可持续发展。
社会效益
该项目利用IBM最前沿的认知计算、大数据分析以及物联网等技术,为政府和企业决策者提供准确、实时的数据,已经能够实现提前72小时,1平方公里高精度污染预报和全国300个主要城市提前7天污染趋势预报,以助力实现高精度大气污染防治,帮助相关部门明确排放物的类型、来源和排放等级,并预测城市的空气质量,促进环境改善。截止到2015第三季度末,北京市细颗粒物PM2.5与2014年同期相比下降了19.3%,成效显著。
经济效益
2014年,IBM与北京市政府签署协议,利用先进的天气预报和云计算技术,协助中国防治大气污染。除了与北京市政府的深度合作之外,IBM还与保定市环保局开展联合创新,共同开发保定市城市空气质量管理系统,并与2022冬奥会主办城市张家口市政府达成合作,将通过在可再生能源和智慧环保等领域的联合创新,为2022冬奥会提供最佳的空气质量与环境。
IBM在中国开展的创新和合作也为全球其他同样面临空气管理难题的国家提供了思路和路径。“绿色地平线”计划已扩展到了其他国家。IBM与印度德里、南非约翰内斯堡等开展合作,通过空气污染分析与预测模型,为城市管理决策者提供量化决策支持。
今年二月份,济南XXX子站建成,建成后发现该子站监测数据较高,三月到四月期间,我与北京艾沃思公司一起采用激光雷达扫描的技术手段对该子站周边的污染源进行了详细地分析,撰写报告,分析出了该子站周边的主要污染源,为周边环境治理和改善提供了理论依据。
今年下半年,济南市XXX购买了一辆环境监测车,里面配备了VOCs监测仪、飞行质谱仪以及大气常规污染物监测设备等,并在济钢厂区进行了一个多月的在线实时监测。在此过程中,我也参与到其中,努力地学习设备的使用和维护,对其中的设备有了一定的了解和认识,能够进行部分操作,并在十月参与了济钢对济南污染贡献相关内容报告的编写。
十月和十一月,分别在兴城市和北京市参加了“第二期区域和城市环境空气质量预报预警培训班”和“京津冀及周边地区空气质量管理培训会”这两次培训,通过这两次培训,我在空气质量预报预警方面有了更加深刻的了解和认识,为自己在这一方面业务水平的提升有很大的帮助,并对空气质量监测技术、空气质量数据分析、空气质量预报等方面技术水平的提升有一定帮助,有利于我在今后工作水平的提升。
[关键词]大气雾霾;形成原因;影响;改善措施
中图分类号:TU132 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)02-0319-01
引言
雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。随着空气质量的恶化,阴霾天气现象出现增多,危害加重。中国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。
一、F霾天气形成的原因
1.气压较低
大气空气气压低,空气流通速度缓慢,使得空气中的微小颗粒大量聚集,进而漂浮在空气中,难以散开!
2.汽车尾气排放
近年来,我国私家车数量明显攀升,据不完全统计,仅河南省便拥有近200万台。海量的私家车在造成交通拥堵的同时,还排放大量的汽车尾气。其中,二氧化硫等硫氧化物被大量排放,进而形成雾霾。
3.建筑粉尘
众所周知,房地产带动建筑业发展,但建筑垃圾及粉尘在暴露环境下极易成为形成雾霾的元凶。再加上车流及人流的搅动,建筑粉尘飘人空中,形成雾霾。
4.冬季取暖及工厂排放
进入冬季,热力公司要保障市民的取暖。但是,现在的制热大多还是以煤炭燃烧产生热量为主。不完全燃烧的粉尘以及排放的硫化气体,也是雾霾天气形成的原因。
5.垂直方向逆温现象的出现
污染物在正常气候条件下,从气温高的低空向气温低的高空处扩散,逐渐循环排放到大气中,逆温现象下,低空的气温反而更低,导致污染物的停留而不能及时排放。
6.气候因素
6.1 冷空气活动偏弱。冷空气会带来风、降水和降雪,它们对空气有净化作用。近年来,影响我国的冷空气活动偏弱,风速减小,高空中的雨水元素到达地面前就已消耗,导致污染物无法沉降。
6.2 大气逆温层。逆温导致较暖较轻的空气上升到较冷较重的空气上面,严重阻碍了空气对流,各种有害气体只能在近地面的大气层飘浮着,这样就促进了雾霾的形成。
6.3 静稳型重污染天气。依据污染的不同成因和特征,重污染天气有两种类型:静稳型和沙尘型。如果污染物由于持续不利于扩散的气象条件而大范围积累,导致可吸入颗粒物达到重污染水平,这样就会形成静稳型重污染天气。这种天气的大气层结有较强的稳定性,有利于生成更多的雾滴,形成恶性循环,使雾霾污染维持连续数天并不断加剧。
二、雾霾天气的影响
1.对人体健康的影响
雾霾的组成成分非常复杂,包括数百种大气颗粒物,其中对身体健康危害较大的是PM2.5。由于体积小,重量轻,PM2.5在空气中停留时间长,容易被吸入人体进入肺部,引发各种疾病。PM2.5比表面积大,物理化学活性高,加剧了生理效应的发生和发展。另外,PM2.5可以吸附空气中的有害气体及其他污染物而成为他们的载体,如可以承载致癌物质苯并芘及细菌等。因此PM2.5对身体健康危害特别严重。雾霾天气还容易让人心情低落,产生消极情绪,影响心理健康。
2.对交通的影响
雾霾天气使能见度降低,容易造成交通堵塞,引发交通事故,严重影响交通系统的正常运行。
3.对气候的影响
雾霾天气严重影响着区域大气气候,甚至造成极端气候条件的发生,引发气象季节性灾害,使得整个地区的区域气候恶化,自然灾害丛生,甚至改变了地区的季节性气候规律[4]。
三、减少雾霾改善大气环境的措施
1.实施人工影响天气改善空气质量
在重污染天气条件下采取可行的气象干预措施,组织开展人工影响天气消减雾霾试验,改善空气质量。组织制定人工影响天气改善空气质量工作方案,研发、探索新的技术方法和手段,抓住有利时机适时开展人工消减雾霾试验演练。形成可有效降低污染改善空气质量的技术方法,初步形成人工影响天气改善空气质量业务能力,开展人工消减雾霾效果检验和方法评估.
2.完善空气质量预报
利用空气质量模型Chem模拟计算未来三天黑龙江省及其周边区域气态和颗粒态污染物的传输扩散、化学转化、干湿沉降等在大气环境中的一系列物理和化学过程,预报项目包括模拟范围内每小时二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、一氧化碳(CO)、细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)等各项污染物的浓度分布。根据二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、细颗粒物1小时平均浓度等项目的预报结果判断未来三天的首要污染物和相应的空气质量指数,并计算空气质量等级。
3.提高雾霾天气预报预警水平
按照《环境保护部办公厅关于扎实做好今冬明春大气污染防治工作的通知》(环办大气〔2016〕101号)中“做好24小时、48小时预报和未来3天或一周空气质量变化趋势预报,预报等级统一按照上限执行。”的要求,省气象台建立完善重污染天气防治气象预测预报业务流程,建立团队、配齐人员,制定相关业务、管理规定,提高精细化预报水平及雾、霾预报时效。综合分析本地气象和污染条件,进一步完善雾、霾等级落区预报制作流程,及时面向政府决策和公众制作雾、霾预报预警产品。在雾、霾有可能产生重污染天气时,尽量做到提前24小时,至少做到不低于12小时提前预报,并积极与环保部门沟通,适时启动重污染天气预警及应急响应机制。
进一步完善秸秆燃烧指数预报,尽快组织环保、农委等部门专家进行论证,修订完善秸秆燃烧指数预报,进一步提高秸秆燃烧指数预报科学性、合理性、实用性。
4.充分利用移动媒体公开信息
建议进一步拓宽雾霾、重污染天气公众预报的途径。在广播、网站、电子显示屏等现有媒体重污染天气预报的基础上,在电视等媒体上增加预报栏目,关键期由环保、气象部门每天联合重污染天气预报。同时利用微博、微信等新媒体,广泛重污染天气预报,扩大重污染天气预报覆盖面,只有信息公开才是一切公众参与的基础,只有信息公开我们才能准确意识到风险的存在。
结语
大气中细微颗粒物浓度上升和高湿度、无风或微风气象条件是形成雾霾天气的两个主要原因。雾霾天气对人体健康、交通、气候有很大影响,我们必须从完善法律、控制汽车尾气排放、调整经济结构、建立PM2.5监测体系、控制扬尘污染等方面入手防治雾霾天气的出现,减轻雾霾天气产生的不良影响。治理雾霾不是一朝一夕之事,必须依靠法律制度支持,只有建立立法、司法、执法、公众参与“四位一体”的大气污染治理法律体系,才能够真正取得治理污染的实际效果。
参考文献
[1] 郭方兴.我国治理雾霾的法律对策研究[D].四川省社会科学院,2014.
[2] 张军英,王兴峰.雾霾的产生机理及防治对策措施研究[J].环境科学与管理,2013,(10).
自2月28日起,北京市民就已从传媒公布的空气质量周报得知:他们居住的这座首都,空气污染指数常在200以上,空气质量为IV级,属中度污染。他们每天吸进的都是“富含”氮氧化物、二氧化硫或总悬浮颗粒物的脏空气。就像习惯了早晚留意天气预报一样,眼下全国已有39个城市的居民渐渐适应在每周六的报纸或电视上,瞥一眼关乎上周的空气质量周报,看一看前一个7天,自己都吸进了什么。来自中国环境监测总站的消息说,空气质量周报的公布今春已在各重点城市全面铺开。从6月起,部分城市开始日报,预报工作有望在2000年展开。
政府和传媒这一“实话实说”的姿态叫人心里舒坦。
空气恶化的程度和短期无望缓解的前景却又让人忧心忡忡。
我们成了户外吸尘器我们伤势严重
4月10日《健康报》二版头条文章的标题只是一句朴素的实话——“只有空气无恙,才有你我健康”,其内容提要却说中了要害——“与其说我们是在阅读空气质量报告,倒不如说是在诊断我们受伤的程度”。
与媒介中有关空气质量许多隔靴搔痒的报道有别的是,像这样细致探询空气污染对人群健康影响的文章近来并不多见。而被该报记者翻捡出来、在文中隐去时间的那份研究报告其实也只是1992年的结论。尽管近几年许多城市主要污染物的构成、分布及发展态势都有了明显变化,监测工作也一直在进行,但相应的对人群损害的系统研究却没能跟上。
这也就难怪了——当许多市民被这个“硫”那个“颗粒”唬得云里雾里,听着“轻度”“中度”这些引不起切肤之痛的说法,在不轻的污染状态下却能平心静气。可是在我们一贯顽强的心理耐受力之下,生理上是否也吃得消呢?
去年9月英国的一份研究报告确认,在英国,空气污染(主要源于汽车)平均每年导致6000人心肌梗死。同期意大利提出的一份报告则说,在不吸烟但却患了肺癌的人群中,至少有20%是直接由空气污染引起的。
另据法新社伦敦1月14日电,根据一项旨在阐述空气污染(主要是车辆和发电站排放的废气)短期影响的报告显示:空气污染造成英国每年约2.4万人过早死亡,患哮喘病和呼吸道疾病的人受的影响最大。一个高级医疗专家小组还认为,每年约1.2万至2.4万人次入院与空气质量不良有关。
在孟加拉国首都达卡,从小学生、上班族到公交车司机,成千上万的居民一出门便戴上口罩。达卡的医生警告说,空气污染正悄悄把好几千人慢慢呛死。
这些让人心惊肉跳的恶果同样也正是我们的远忧近虑。
一项长达12年(1981~1992年)的“我国5大城市大气污染动态观察及对人群健康影响的研究”得出的结论更为触目惊心。作为全球大气监测系统的一个组成部分,中国预防医学科学院环境卫生监测所同北京、上海、沈阳、西安、广州5城市联手进行的这项研究表明:在参与这一监测网的全球50个国家的170个城市中,我国这5个城市的大气污染程度处于最严重之列,全部排在前10名!
主持这一研究的宋瑞金、崔九恩两位专家告诉我们:这5大城市的大气质量,只有10%是良好的,90%是不好的。5城市居民至少有80%左右的人群是在不符合要求的空气质量下生活。在某些严重污染地区,儿童呼吸阻力明显增大,唾液溶菌酶活性降低,呼吸功能和免疫功能受到一定程度的损害,危及到儿童正常生长和发育。沈阳市因大气污染造成超额死亡人数每年约2000人,在肺癌病因中,因大气污染约10%。
这不只是80年代初至90年代初的“症状”,这时的污染主要由染煤造成,呈典型的煤烟型污染特征。几年过去,当初被专家们轻轻提醒的机动车尾气如今已成了北京、上海、广州等大城市的强势污染源。不达标尾气中所含的铅是一种蓄积性毒物,对人的血液、神经、心血管和生殖、智力均有一定影响。
4月初《中国环境报》记者在沈阳暗访机动车尾气强制路检时,有一位司机自觉有理地抱怨说:“你什么时候听说过有人一下子让汽车尾气给薰死了?”
需要提醒这位司机的是,令他抱怨的我们目前执行的机动车尾气排放标准也只是西方国家70年代的标准。而据国家机械局和国家统计局合作开展的一项调查表明:到2000年,中国城市家庭每年购车将超过百万辆。
空气质量周报出来,就有人自嘲说:“我们岂不成了户外吸尘器了?”岂止如此。目前国内市场的吸尘器对粒径小于10的细小颗粒物根本不能吸收,而人体却来者不拒,大气中铅、镉、苯并芘(BaP)等毒性较大的污染物就集中在这些小颗粒上。我国许多城市空气悬浮颗粒物(TSP)污染水平高不说,在TSP中,细小颗粒物的比重还相当大。
我们的内脏时刻被这些肮脏的颗粒击中,我们伤势严重!
你早该知道也有权知道得更多
80年代初,浙江洞县无线电厂开发的一种噪声警示屏曾出现在一些城市的繁华路段,一目了然地提醒你噪声已达多少分贝。不过,这一设备并未得到推广。据说是因为它只起宣传警示作用,不能作为监测数据采用,因为环境监测的一个重要原则就是仪器不能离污染源过近。
【关键词】大气环境数值技术;集成;改进;应用
A 随着社会经济的发展和城市规模的不断扩大,资源的紧缺、环境的恶化、人口的膨胀等现象严重制约了我国城市的可持续发展,尤其大气污染严重影响了北京、上海、广州等一线城市的生活质量,因此对大气环境的研究和改善已迫在眉睫。目前为止,主要是通过数值技术的手段对污染物于大气中所经历的各种化学和物理过程进行模拟来研究城市的大气环境的。由于当前各种有关的化学机制不断完善,气象场和排放源的精度和客观性成为了影响大气环境预测和数值模拟水平最关键的因素。
关于城市大气污染的研究,我们必须建立起一套完整的城市环境评估和预测预警的系统,并为城市的规划和人类的健康提供一定的技术支持,以及为研究提供足够的科学证据,从而以此来调控治理大气污染和预警严重的环境污染事件。 空气污染数值的模拟主要是建立在污染源的排放清单和气场数据的的基础上的。但由于污染分布的空间变化比较快且排放强度比较大,因此它给环境数值的预报和模拟造成了巨大的困难。
1.城市大气环境数值技术的集成
天气系统以及城市污染源两者的相互作用,使得多种污染物在城市尺度范围内具有了相近的变化趋势,但污染源在事件变化和空间分布上却极度不均匀,远郊地区的污染源在排放强度方面远远比城市地区低,并且郊区和城市的污染源在极度变化方面的差异也非常显著,尤其是城市地区的污染源排放的强度在采暖期这一阶段会变得很高。而CMAQ模式能够有效预报城市污染物的变化趋势,并且效果十分显著。由于不同测点的污染物在城市尺度内会具有同步性和同位相的变化特征,因此,我们可以通过对点与面预报思路的结合,建立起一个中心测点以及其它方位的测点的大气环境污染数学模型,然后再通过中心测点的城市大气数值产品对周围污染物的浓度进行预报。此外,在空气质量的预报方面,要进行在面的基础上进行多点试验,CMAQ-MOS技术的集成在实用性方面具有很大的潜力。
2.城市大气环境数值技术的改进
由于现有污染源的排放清单对于城市地区的污染源的变化特征和时空的分布很难作出一个准确客观的描述,这在一定程度上使得城市空气质量在数值预报方面的水平受到了很大的制约。由此,我们需要对城市大气污染数值技术进行改进,从而对排放源清单的模式和预报偏差进行修正。例如,可以在城市空气污染的预报中使用MOS的方法,并结合动力统计,形成了CMAQ-MOS技术方法,即在对前期大气状况中数值模式和观测资料的基础上建立起一个数学模型,然后尝试预报后期污染物的浓度,这种改进方法在污染物浓度方面,提高了CMAQ模式的振幅。通过城市大气环境数值技术的改进,能在排放源问题这方面克服其所产生的预报偏差,使得预报空气质量的水平得到提高和实际应用的价值也大大提升了。
在中国北方的多个城市,过运用污染源“Nudging”的修正模型对有毒气体的排放强度进行修正试验,同时参照有关模式对污染物的观测值和浓度的比例进行模拟来构造出污染源的倾向项,从而利用模式迭代计算的方法对城市排放源的强度进行修正。此外,在污染源的调整过程中,多数城市进行模拟的结果都在不断逼近观测值,达到收敛的效果,而在这个过程中也有少数城市的污染源“Nudging”出现了发散的现象。通过对排放源和Nudging化学物理反应过程对部分地区污染的贡献率进行分析计算可得:对于二氧化硫,当它的排放源污染严重影响到局地的浓度时,则“Nudging”的过程会得到一定的收敛,当传输作用的贡献率最大并且持有与排放源相反的变化趋势时,“Nudging”的过程则会出现发散的现象。而对于二氧化氮,当它化学反应的贡献率最大的时候,“Nudging”的过程会得到一定的收敛,否则,“Nudging”的过程会发散。通过这两者的计算分析表明,“Nudging”修正源的采用能够使得CMAQ模式预报污染物浓度的水平会得到显著的提高,并且也能有效改善了对污染物自身的变化趋势预报的效果,具有很高的可信度。
3.城市大气环境数值技术的应用
城市的大气污染数值技术在各类大气预报和模拟中得到了广泛的应用。如通过对修正源“Nudging”结果应用,对上海和北京在某一天的PM10、二氧化硫、二氧化氮浓度的模拟,对比了观测资料和模拟结果,可发现模式模拟的变化趋势和浓度会与实际情况非常接近,误差值很小,只是PM10的模拟浓度会相对于实际情况有所偏低。在这个基础上,通过对本地和其周边的污染源对上海、广州、北京等地污染源的贡献进行研究可以发现:周边对上海PM浓度的贡献率非常高,可高至五分之二,二氧化氮贡献率最低位十分之一,而对二氧化硫的贡献率达到十分之三;而周边对广州的二氧化氮和二氧化硫的贡献率比较小,为十分之一左右。其次,MM5中尺度的气象模式也可被利用,并结合城市冠层的参数化方案和传统边界层的参数化方案模拟夏季和冬季的大气边界层的热力动力性质并对比相应的观测资料,可以发现城区的温度会因为城市区域的建筑群和下垫面力动力热力的作用而升高,并且风速也会在它们的动力热力作用下减小,增强了端流动能,明显形成了端能增强区、阻风区和增温区着三大区域。而位于城市建筑群附近的高值中心,会逐渐向郊区进行递减,因此它的动力热力效应相对而言会比冬天更加显著。再次,可以利用CMAQ空气质量模式对城市冠层内的污染物的转化、扩散和传输过程进行模拟,可以发现污染物的浓度会在城市建筑群的多尺度的堆积作用下显著增强,并且污染物的分布形状也会与建筑群的布局互相呼应。
关于城市大气环境数值技术的应用,就现阶段来看,CMAQ城市空气质量的预报系统已在我国的气象中心建立起来,而该系统的预报方法就是通过“Nudging”修正成果和城市大气环境数值技术的结合实现的。而目前,该模式还处于试运行的阶段,在未来的发展中,这项技术将为我国空气质量的预报提供了更具有具有科学性、可靠性的参考和技术支持。
4.结束语
关于城市大气污染的模拟技术方面所进行的研究,本文只能简要分析了城市大气环境数字值的集成、改进和应用。对于它的发展前景和操作过程还有待更多的专家参与到研究过程中来,从而为对气污染有效准确预报提供一份技术的支持。
【参考文献】