區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策技術(shù)研究

朱文英，蔡博峰*，劉曉曼

（1. 環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012l；2. 中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029）

“國家重點研發(fā)計劃”

區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策技術(shù)研究

朱文英1，蔡博峰1*，劉曉曼2

（1. 環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012l；2. 中國科學(xué)院大氣物理研究所，北京 100029）

當(dāng)前我國大氣環(huán)境空氣質(zhì)量整體形勢嚴峻，區(qū)域大氣復(fù)合污染形成機制不明、來源貢獻不清，難以精確定位污染排放的關(guān)鍵行業(yè)和重點地區(qū)。精細化區(qū)域大氣污染源-受體關(guān)系對高效應(yīng)對和解決我國突出的大氣污染問題，改善空氣環(huán)境質(zhì)量起到非常關(guān)鍵的作用，對分析霧霾/光化學(xué)煙霧形成機制、控制污染源全過程以及建立污染監(jiān)測預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)有十分重要的意義，將為量化大氣污染對人群健康的影響、發(fā)展空氣質(zhì)量改善管理技術(shù)和構(gòu)建大氣污染聯(lián)防聯(lián)控技術(shù)提供有力的理論支持和數(shù)據(jù)支撐。

成渝地區(qū)經(jīng)濟增速快，大氣污染在三區(qū)十群中僅次于京津冀地區(qū)，環(huán)境治理和經(jīng)濟發(fā)展矛盾將愈發(fā)突出，其環(huán)境問題的解決對于中西部地區(qū)有重要的借鑒意義。相比京津冀等其他地區(qū)，成渝地區(qū)的復(fù)雜下墊面地形使大氣條件和污染物傳輸變得更為復(fù)雜。2016年7月，由環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院聯(lián)合中國科學(xué)院大氣物理研究所、清華大學(xué)、四川省環(huán)境保護科學(xué)研究院和重慶市環(huán)境科學(xué)研究院共同申報的國家重點研發(fā)計劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”試點專項“區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策技術(shù)研究”項目正式啟動。該項目對于研究和控制成渝地區(qū)空氣污染狀況，應(yīng)用和完善大氣預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)以及發(fā)展和促進節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)具有重大意義。

一、區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策技術(shù)研究是進一步解決我國當(dāng)前大氣復(fù)合污染和重污染問題的迫切需要

發(fā)達國家在應(yīng)對大氣污染過程中，在大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控和多目標優(yōu)化技術(shù)方面開展了大量研究。國外學(xué)者及機構(gòu)相繼開發(fā)了一系列的綜合性決策平臺及工具包，在大氣污染防治規(guī)劃和方案的制定中應(yīng)用了空氣質(zhì)量模擬系統(tǒng)與優(yōu)化決策方法，在政策制定中廣泛應(yīng)用費用效益分析理論和方法，開發(fā)了大氣環(huán)境質(zhì)量管理系統(tǒng)、平臺并進行了實際應(yīng)用。國內(nèi)目前雖然也開展了大量防治大氣污染的研究和實踐，但對“區(qū)域經(jīng)濟-能源利用-排放控制-空氣質(zhì)量-費用效益”進行多維耦合、系統(tǒng)性的研究較少，多目標優(yōu)化決策、應(yīng)急管理技術(shù)研究和應(yīng)用不足，費用效益分析尚未對綜合決策提供足夠的科學(xué)支撐，缺少針對基于區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策的業(yè)務(wù)化平臺。因此，借鑒國際研究經(jīng)驗，基于我國大氣污染實際情況，開展區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策技術(shù)研究，是進一步解決我國大氣復(fù)合污染和重污染問題、改善大氣環(huán)境質(zhì)量的迫切需要。

二、通過項目研究，形成針對性技術(shù)工具，為我國大氣復(fù)合污染控制和重污染天氣管理提供技術(shù)支撐

通過區(qū)域綜合經(jīng)濟-能源-排放動態(tài)響應(yīng)模擬技術(shù)、區(qū)域大氣復(fù)合污染控制多目標優(yōu)化決策技術(shù)、大氣重污染應(yīng)急管理決策技術(shù)、大氣污染防治多維成本效益評估技術(shù)、典型區(qū)域大氣復(fù)合污染控制與應(yīng)急管理決策平臺研發(fā)以及成渝地區(qū)示范6個課題的研究，構(gòu)建并有效實施“技術(shù)研究-平臺開發(fā)-典型示范”的研究模式，形成包括系列模型、工具包、函數(shù)、矩陣等關(guān)鍵技術(shù)和業(yè)務(wù)化平臺在內(nèi)的有針對性的技術(shù)工具，提出成渝地區(qū)基于動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化的空氣質(zhì)量改善整體方案，為我國“常態(tài)的”大氣復(fù)合污染控制和“非常態(tài)的”重污染天氣應(yīng)急管理提供科學(xué)的技術(shù)支撐，以高效應(yīng)對和解決我國突出的大氣污染問題，改善空氣環(huán)境質(zhì)量，維護人民群眾身體健康，降低大氣污染造成的經(jīng)濟、社會影響。

三、項目將突破多項關(guān)鍵技術(shù)，開展典型區(qū)域示范，提出區(qū)域“常態(tài)”和“非常態(tài)”空氣質(zhì)量改善解決方案

關(guān)鍵技術(shù)一：利用數(shù)據(jù)分量模式構(gòu)建一套完整的經(jīng)濟-能源-排放數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)接口體系，利用動態(tài)響應(yīng)理論開發(fā)高時空分辨率動態(tài)排放清單編制技術(shù)，建立區(qū)域綜合經(jīng)濟-能源-排放耦合動態(tài)響應(yīng)模型。

關(guān)鍵技術(shù)二：利用多尺度精細化氣象場模擬技術(shù)與大氣污染物輸運模式耦合，改善區(qū)域大氣復(fù)合污染物濃度模擬，科學(xué)核算區(qū)域大氣環(huán)境容量，并運用多維立體溯源技術(shù)方法綜合評判“源-受體”非線性關(guān)系，同時兼顧經(jīng)濟和社會效益，研發(fā)區(qū)域大氣復(fù)合污染控制多目標非線性優(yōu)化決策技術(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)三：基于重污染過程大氣化學(xué)非線性特征的精細化“源-受體”關(guān)系研究，研發(fā)排放貢獻快速定量評估和應(yīng)急預(yù)案動態(tài)優(yōu)化技術(shù)。以改善區(qū)域空氣質(zhì)量為核心目標、兼顧經(jīng)濟成本和社會成本，實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的動態(tài)優(yōu)化，為精細化、集約化的重污染應(yīng)急管理提供科學(xué)合理的決策支持。

關(guān)鍵技術(shù)四：研發(fā)針對污染物-政策措施-成本-效益相對完整的鏈條，建立“措施-費用-排放-質(zhì)量-效益”互動模型，研發(fā)常態(tài)與非常態(tài)區(qū)域大氣復(fù)合污染控制多維成本效益評估技術(shù)，為決策者提供及時有效的綜合決策依據(jù)。

關(guān)鍵技術(shù)五：基于云計算技術(shù)，將經(jīng)濟能源預(yù)測模型、費用分析模型、排放清單模型、空氣質(zhì)量模型、成本效益模型等技術(shù)有效集成，開發(fā)區(qū)域大氣復(fù)合污染控制與應(yīng)急管理決策平臺（IDPAP）及系列工具包，實現(xiàn)動態(tài)（時間分辨率＜24小時）、高分辨率（空間分辨率達到1～3km）的區(qū)域大氣污染多目標優(yōu)化決策功能。

典型區(qū)域示范：選擇地理氣象條件復(fù)雜的成渝地區(qū)開展試點示范，為成渝地區(qū)“常態(tài)”大氣復(fù)合污染控制和“非常態(tài)”大氣重污染應(yīng)急管理提供技術(shù)支撐。

四、項目可有效服務(wù)于我國大氣污染防治領(lǐng)域的研究和管理實踐，高效應(yīng)對和解決我國突出的大氣污染問題，產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟效益

項目可促進我國西南地區(qū)大氣污染基礎(chǔ)研究的發(fā)展和完善。項目實施過程中，將獲得成渝地區(qū)高精度污染物源清單數(shù)據(jù)以及復(fù)雜下墊面條件下高分辨率污染物濃度第一手觀測資料，有助于研究當(dāng)?shù)匚廴疚飬^(qū)域性傳輸特征，解析污染物源-受體關(guān)系，建立更為精確嚴謹?shù)拇髿鈴?fù)合污染控制優(yōu)化模型。在綜合考慮空氣質(zhì)量、社會經(jīng)濟效益和污染控制成本等優(yōu)化目標的前提下，實現(xiàn)大氣復(fù)合污染多目標優(yōu)化控制技術(shù)。

項目可促進我國大氣污染防治的研究和管理實踐。通過項目研究，將建立包括污染源清單、數(shù)值模式精細化模擬、常規(guī)/應(yīng)急預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)、費效評估在內(nèi)的一體化大氣復(fù)合污染控制與應(yīng)急管理決策平臺，并產(chǎn)出一系列相關(guān)先進模型和軟件，將對成渝地區(qū)空氣質(zhì)量的監(jiān)測、控制和改善起到巨大推進作用，并形成區(qū)域大氣復(fù)合污染動態(tài)調(diào)控與多目標優(yōu)化決策操作性較強的系列技術(shù)導(dǎo)則指南和政策建議稿，有效推動我國大氣污染防治制度體系的構(gòu)建。

項目可促進科研成果轉(zhuǎn)化，有利于大氣環(huán)境污染防治與相關(guān)咨詢產(chǎn)業(yè)發(fā)展。成渝地區(qū)的示范研究可以為典型區(qū)域多目標優(yōu)化的空氣質(zhì)量達標方案和大氣重污染應(yīng)急動態(tài)調(diào)控方案的提出以及大氣復(fù)合污染控制與應(yīng)急管理決策業(yè)務(wù)化平臺提供可復(fù)制的工具和經(jīng)驗。通過構(gòu)建并有效實施“技術(shù)研究-平臺開發(fā)-典型示范”的研究模式，可有效打通科研成果轉(zhuǎn)換渠道，避免科研資源浪費，促進大氣環(huán)境污染防治與相關(guān)咨詢產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

項目可促進區(qū)域產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化與技術(shù)進步，改善區(qū)域環(huán)境健康。項目研究將高效應(yīng)對和解決我國突出的大氣污染問題，實現(xiàn)經(jīng)濟、能源與社會資源的最優(yōu)配置，促進區(qū)域產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化；通過重污染天氣應(yīng)急預(yù)案的動態(tài)響應(yīng)與快速反應(yīng)機制的建立，提升預(yù)案的有效性，以最小經(jīng)濟成本實現(xiàn)環(huán)境與社會效益的最大化，對于保障人民群眾身體健康，降低社會與經(jīng)濟影響具有重要的意義。

10.16868/j.cnki.1674-6252.2016.06.111

朱文英（1988—），女，實習(xí)研究員，環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，研究方向為環(huán)境風(fēng)險管理，Email: zhuwy@ caep.org.cn。

*責(zé)任作者： 蔡博峰（1977—），男，研究員，環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院，研究方向為氣候變化與環(huán)境政策，E-mail: caibf@caep.org.cn。