當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境問題已經(jīng)成為必須要面對的重要問題。這類問題涉及領(lǐng)域廣泛、過程復(fù)雜、驅(qū)動因素眾多，需要處理海量生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)，這讓全球生態(tài)環(huán)境問題的監(jiān)測、分析和處理變得十分困難。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展，解決這類問題有了新方向。

大數(shù)據(jù)技術(shù)是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一次重要技術(shù)變革，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲管理和分析處理能力上具有很大的優(yōu)勢。因此，將大數(shù)據(jù)技術(shù)引入生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，把分散在不同行業(yè)領(lǐng)域的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行有效集成，并對集成數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理及信息挖掘，才能更加高效地解決生態(tài)環(huán)境問題。

2016年3月，原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》，要求把大數(shù)據(jù)技術(shù)作為推進(jìn)環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要手段，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境綜合決策科學(xué)化、生態(tài)環(huán)境監(jiān)管精準(zhǔn)化、生態(tài)環(huán)境公共服務(wù)便民化。

生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的范圍

生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)有其獨有的特征。第一，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)具有“空天地一體”的巨大數(shù)據(jù)量。從數(shù)據(jù)規(guī)模來看，生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)量也已從TB級別躍升到PB級別。第二，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的類型、來源和格式具有復(fù)雜多樣性。生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)在內(nèi)容上包括水、土、大氣等多方面的數(shù)據(jù)；從地域上來講，包括全球各個尺度，如海洋、森林、濕地等各類生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)來源上說，有來自于氣象、水利、國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、交通、社會經(jīng)濟(jì)等不同部門的各種數(shù)據(jù)。且同一種數(shù)據(jù)在不同部門的格式多樣，使得各部門之間的同類數(shù)據(jù)整合具有一定難度。

整體上來說，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)可以分為基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)、自然生態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、人文社會數(shù)據(jù)四個方面的內(nèi)容。

基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)包含了基礎(chǔ)地理、遙感影像、氣候氣象等方面的數(shù)據(jù)。

自然生態(tài)數(shù)據(jù)包含了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、森林生態(tài)系統(tǒng)、草地生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)、沼澤生態(tài)系統(tǒng)等方面的數(shù)據(jù)。每種生態(tài)系統(tǒng)包含了不同的數(shù)據(jù)，例如，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，包含農(nóng)田環(huán)境要素、主要作物以及肥料農(nóng)藥等投入量、主要作物葉面積與生物量動態(tài)、病蟲害記錄、土壤微生物等；森林生態(tài)系統(tǒng)包含植物群落種類組成與分層特征、樹種的更新狀況、葉面積指數(shù)、鳥類種類與數(shù)量等。

環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)包含了水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、噪聲環(huán)境、核輻射環(huán)境等方面的數(shù)據(jù)。我國已經(jīng)初步建立了一套網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，包括1436個空氣質(zhì)量監(jiān)測站點、82個沙塵暴監(jiān)測站點、1011個酸雨監(jiān)測站點、956個地表水水質(zhì)監(jiān)測斷面、20401個地下水監(jiān)測站點、301個近海水質(zhì)監(jiān)測站點、35000多個土壤污染監(jiān)測站點。

人文社會數(shù)據(jù)包含了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施、能源消耗、公眾參與、網(wǎng)絡(luò)輿情等方面的數(shù)據(jù)。

生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)相關(guān)文件

2016年3月，原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》，把2016年至2018年作為基礎(chǔ)建設(shè)年，主要完成生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、保障體系建設(shè)和試點示范建設(shè)，基本形成大數(shù)據(jù)采集、管理和應(yīng)用格局。《生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)總體方案》的首要建設(shè)任務(wù)就是要推動環(huán)境數(shù)據(jù)資源全面整合共享，這也是生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)建設(shè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。2019年至2020年為數(shù)據(jù)建設(shè)年，主要拓展深化大數(shù)據(jù)應(yīng)用，形成生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用新業(yè)態(tài)、新模式和新方式。

2018年4月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《2018-2020年生態(tài)環(huán)境信息化建設(shè)方案》，指出要建設(shè)生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)、大平臺、大系統(tǒng)，形成生態(tài)環(huán)境信息“一張圖”。進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了大數(shù)據(jù)對于推進(jìn)生態(tài)環(huán)境治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要性。

2018年12月15日，第二次全國污染源普查暨全國土壤污染狀況詳查工作推進(jìn)視頻會議召開。生態(tài)環(huán)境部部長李干杰表示，要扎實推進(jìn)第二次全國污染源普查和全國土壤污染狀況詳查。另外，要加強(qiáng)部門間溝通協(xié)調(diào)，推動數(shù)據(jù)共享，建立土壤生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫，健全數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新機(jī)制，為土壤管理提供數(shù)據(jù)支撐。

生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)的共享及應(yīng)用

生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)面臨的主要問題就是缺乏數(shù)據(jù)共享，其原因有以下幾點。第一，生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣。數(shù)據(jù)來源幾乎涵蓋所有政府職能部門，這些部門互不連通，只是一個個“數(shù)據(jù)孤島”。第二，數(shù)據(jù)沒有規(guī)范化。數(shù)據(jù)存儲形式不一樣，即使在同一個行業(yè)，數(shù)據(jù)也是“一人一個模樣”。第三，數(shù)據(jù)開放嚴(yán)重不足。生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)開放總量偏低，大多為靜態(tài)數(shù)據(jù)，且集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、政府信息化基礎(chǔ)和IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展好的城市。第四，存在敏感性問題。數(shù)據(jù)開放意味著任何人都能下載和讀取數(shù)據(jù)，判斷哪些數(shù)據(jù)可以公開、哪些數(shù)據(jù)需要脫敏，這對各機(jī)構(gòu)來說都是困難的任務(wù)。因此，對生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以及推動同類數(shù)據(jù)的對接平臺建設(shè)是目前迫切需要開展的工作。

大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域已得到初步應(yīng)用，主要體現(xiàn)在全球氣候變化預(yù)測與區(qū)域大氣污染治理等方面。

隨著新氣象觀測設(shè)備的推廣和應(yīng)用，氣象觀測水平由過去較少指標(biāo)的常規(guī)觀測到現(xiàn)在大量多指標(biāo)的非常規(guī)觀測，觀測的頻率和精度日益增加。氣象監(jiān)測站點遍布全球，截至2015年年底，中國已建有5萬多個地面自動觀測站。氣候模式由最初的大氣環(huán)流模式發(fā)展到今天的陸、海、空耦合模式，并向著包括人類生活圈在內(nèi)的地球各個系統(tǒng)耦合的“氣候系統(tǒng)模式”發(fā)展，所需的輸入變量也從最初的氣象數(shù)據(jù)拓展到現(xiàn)在的植被、土壤、水分、人類干擾等多方面全方位數(shù)據(jù)。2015年9月，中國科學(xué)院大氣物理研究所等發(fā)布“地球數(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng)，集成了土壤、大氣化學(xué)、植被動力學(xué)、生物地球化學(xué)等模式和模塊，僅需一整天就能夠估算地球的大氣、水、巖土等多個圈層長達(dá)6年的變化。此外，還可以從氣候觀測數(shù)據(jù)中挖掘新信息，從而擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍。美國一家公司使用降雨、氣溫、土壤狀況等氣象數(shù)據(jù)與農(nóng)作物產(chǎn)量進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，來預(yù)測各地農(nóng)場來年的產(chǎn)量和適宜栽培的品種，并將其以個性化保險服務(wù)的形式向農(nóng)戶出售，從而減少氣象災(zāi)害帶來的損失。

對于大氣污染治理，地區(qū)間聯(lián)防聯(lián)控仍然是當(dāng)下的共識，大數(shù)據(jù)為地區(qū)大氣質(zhì)量管理、區(qū)域間協(xié)調(diào)和合作機(jī)制提供了技術(shù)和決策支撐。為預(yù)報空氣污染狀況，IBM公司與北京市政府聯(lián)合開發(fā)了“綠色地平線”大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠結(jié)合當(dāng)時的氣象衛(wèi)星資料、地面監(jiān)測資料，根據(jù)當(dāng)時氣象條件以及周圍所有的企業(yè)排放數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，預(yù)測未來72小時的空氣質(zhì)量。在預(yù)測空氣質(zhì)量較差的地區(qū)，政府通過該地區(qū)工廠停工等輔助措施，減少空氣污染物質(zhì)排入，這些措施的實施大幅減少了整個區(qū)域的大氣污染物排放量。

隨著信息技術(shù)手段增強(qiáng)，生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)平臺越來越完善，各類數(shù)據(jù)將加速整合，未來將在科學(xué)發(fā)展與社會經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域發(fā)揮越來越強(qiáng)的作用。

（作者單位：浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院）