區(qū)域大氣復合污染動態(tài)調控與多目標優(yōu)化決策技術研究

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)域大氣復合污染動態(tài)調控與多目標優(yōu)化決策技術研究

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. 中國科學院大氣物理研究所，北京 100029）

當前我國大氣環(huán)境空氣質量整體形勢嚴峻，區(qū)域大氣復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鍵行業(yè)和重點地區(qū)。精細化區(qū)域大氣污染源-受體關系對高效應對和解決我國突出的大氣污染問題，改善空氣環(huán)境質量起到非常關鍵的作用，對分析霧霾/光化學煙霧形成機制、控制污染源全過程以及建立污染監(jiān)測預報預警系統(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)展空氣質量改善管理技術和構建大氣污染聯(lián)防聯(lián)控技術提供有力的理論支持和數(shù)據(jù)支撐。

成渝地區(qū)經濟增速快，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)的復雜下墊面地形使大氣條件和污染物傳輸變得更為復雜。2016年7月，由環(huán)境保護部環(huán)境規(guī)劃院聯(lián)合中國科學院大氣物理研究所、清華大學、四川省環(huán)境保護科學研究院和重慶市環(huán)境科學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研究”試點專項“區(qū)域大氣復合污染動態(tài)調控與多目標優(yōu)化決策技術研究”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，應用和完善大氣預報預警系統(tǒng)以及發(fā)展和促進節(jié)能環(huán)保產業(yè)具有重大意義。

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

發(fā)達國家在應對大氣污染過程中，在大氣復合污染動態(tài)調控和多目標優(yōu)化技術方面開展了大量研究。國外學者及機構相繼開發(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用了空氣質量模擬系統(tǒng)與優(yōu)化決策方法，在政策制定中廣泛應用費用效益分析理論和方法，開發(fā)了大氣環(huán)境質量管理系統(tǒng)、平臺并進行了實際應用。國內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)域經濟-能源利用-排放控制-空氣質量-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、應急管理技術研究和應用不足，費用效益分析尚未對綜合決策提供足夠的科學支撐，缺少針對基于區(qū)域大氣復合污染動態(tài)調控與多目標優(yōu)化決策的業(yè)務化平臺。因此，借鑒國際研究經驗，基于我國大氣污染實際情況，開展區(qū)域大氣復合污染動態(tài)調控與多目標優(yōu)化決策技術研究，是進一步解決我國大氣復合污染和重污染問題、改善大氣環(huán)境質量的迫切需要。

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

通過區(qū)域綜合經濟-能源-排放動態(tài)響應模擬技術、區(qū)域大氣復合污染控制多目標優(yōu)化決策技術、大氣重污染應急管理決策技術、大氣污染防治多維成本效益評估技術、典型區(qū)域大氣復合污染控制與應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，構建并有效實施“技術研究-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)、矩陣等關鍵技術和業(yè)務化平臺在內的有針對性的技術工具，提出成渝地區(qū)基于動態(tài)調控與多目標優(yōu)化的空氣質量改善整體方案，為我國“常態(tài)的”大氣復合污染控制和“非常態(tài)的”重污染天氣應急管理提供科學的技術支撐，以高效應對和解決我國突出的大氣污染問題，改善空氣環(huán)境質量，維護人民群眾身體健康，降低大氣污染造成的經濟、社會影響。

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

關鍵技術一：利用數(shù)據(jù)分量模式構建一套完整的經濟-能源-排放數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)接口體系，利用動態(tài)響應理論開發(fā)高時空分辨率動態(tài)排放清單編制技術，建立區(qū)域綜合經濟-能源-排放耦合動態(tài)響應模型。

關鍵技術二：利用多尺度精細化氣象場模擬技術與大氣污染物輸運模式耦合，改善區(qū)域大氣復合污染物濃度模擬，科學核算區(qū)域大氣環(huán)境容量，并運用多維立體溯源技術方法綜合評判“源-受體”非線性關系，同時兼顧經濟和社會效益，研發(fā)區(qū)域大氣復合污染控制多目標非線性優(yōu)化決策技術。

關鍵技術三：基于重污染過程大氣化學非線性特征的精細化“源-受體”關系研究，研發(fā)排放貢獻快速定量評估和應急預案動態(tài)優(yōu)化技術。以改善區(qū)域空氣質量為核心目標、兼顧經濟成本和社會成本，實現(xiàn)應急預案的動態(tài)優(yōu)化，為精細化、集約化的重污染應急管理提供科學合理的決策支持。

關鍵技術四：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-質量-效益”互動模型，研發(fā)常態(tài)與非常態(tài)區(qū)域大氣復合污染控制多維成本效益評估技術，為決策者提供及時有效的綜合決策依據(jù)。

關鍵技術五：基于云計算技術，將經濟能源預測模型、費用分析模型、排放清單模型、空氣質量模型、成本效益模型等技術有效集成，開發(fā)區(qū)域大氣復合污染控制與應急管理決策平臺（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)”大氣復合污染控制和“非常態(tài)”大氣重污染應急管理提供技術支撐。

四、項目可有效服務于我國大氣污染防治領域的研究和管理實踐，高效應對和解決我國突出的大氣污染問題，產生顯著的社會經濟效益

項目可促進我國西南地區(qū)大氣污染基礎研究的發(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?shù)匚廴疚飬^(qū)域性傳輸特征，解析污染物源-受體關系，建立更為精確嚴謹?shù)拇髿鈴秃衔廴究刂苾?yōu)化模型。在綜合考慮空氣質量、社會經濟效益和污染控制成本等優(yōu)化目標的前提下，實現(xiàn)大氣復合污染多目標優(yōu)化控制技術。

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)/應急預報預警系統(tǒng)、費效評估在內的一體化大氣復合污染控制與應急管理決策平臺，并產出一系列相關先進模型和軟件，將對成渝地區(qū)空氣質量的監(jiān)測、控制和改善起到巨大推進作用，并形成區(qū)域大氣復合污染動態(tài)調控與多目標優(yōu)化決策操作性較強的系列技術導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建。

項目可促進科研成果轉化，有利于大氣環(huán)境污染防治與相關咨詢產業(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)化的空氣質量達標方案和大氣重污染應急動態(tài)調控方案的提出以及大氣復合污染控制與應急管理決策業(yè)務化平臺提供可復制的工具和經驗。通過構建并有效實施“技術研究-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)境污染防治與相關咨詢產業(yè)發(fā)展。

項目可促進區(qū)域產業(yè)和能源結構優(yōu)化與技術進步，改善區(qū)域環(huán)境健康。項目研究將高效應對和解決我國突出的大氣污染問題，實現(xiàn)經濟、能源與社會資源的最優(yōu)配置，促進區(qū)域產業(yè)和能源結構的調整和優(yōu)化；通過重污染天氣應急預案的動態(tài)響應與快速反應機制的建立，提升預案的有效性，以最小經濟成本實現(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)境風險管理，Email: zhuwy@ caep.org.cn。

*責任作者： 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。