區域生態安全預警及監管研究

梁若冰

摘要：對區域內生態環境做出客觀評價并預測其發展趨勢，建立預警系統，可以有效促進區域內經濟與生態環境的協調發展。文章以各項環境數據為基礎，通過建立環境監測預警平臺，對生態環境安全水平進行長期預警和短期動態預測，做到環境全面監測與實時預測，觀察分析環境周期性規律性變化，便于政府環保部門等實施有針對性的環境監管保護措施，從而實現自上而下的環保工作協調穩進，以及針對區域內環境水平的實際情況，指定相應監管政策。

關鍵詞：生態安全;環境預測;生態大數據

生態環境主要由自然因素形成，環境質量與生態安全的水平會長期、直接或間接地影響人類的生存發展。中國幅員遼闊，經度、緯度跨度較廣，多樣的地貌特征和氣候類型形成了多種不同類型的生態環境系統，以及長期的粗放式的資源利用，造成多種不同程度的環境破壞與資源濫用，例如西北地區水土流失、西藏地區冰川消融、礦區過度開采、林區牧區退化嚴重、水資源濫用與污染等問題。地區環境系統不同，所面臨生態問題也存在差異，在區域內分析評價特定的生態環境并對未來發展趨勢做出預測，可提供因地制宜的環境保護措施依據。

環境預警是指基于區域生態環境現狀，對資源開發利用的生態后果、區域生態環境質量的變化以及生態環境與社會經濟協調發展的評價、預測和警報。環境問題對區域內經濟影響顯著，分析生態現狀，做出精準評價以及根據現有環境指標數據分析處理結果預測未來環境質量水平發展趨勢，促進環境保護措施的落實，從而實現維持生態平衡、提高環境水平，建設生態文明以協調經濟社會發展。

反映環境問題的指標數據有著種類多、結構復雜、數據量大等特點，同時監測數據的收集也沒有做到全時段全范圍覆蓋，為精準處理好環境問題，就必須解決環境數據問題。大數據技術的發展與應用為此帶來契機。國家有關政策的出臺指出大數據技術在改善生態環境綜合水平方面的重要地位。近年來許多學者在生態安全預警不同領域進行研究，主要在于預警前區域環境評價體系構建、動態或長期預警、精細化預警范圍等;以及將大數據技術融入生態評價、環境治理等領域。

一、環境大數據的提出

（一）大數據技術及其應用發展

以信息技術的廣泛應用為基礎，大數據技術的應用及發展愈發受到重視。大數據在各領域的有效應用，可以顯著提高效率，不僅在科研范圍，在政府管理層面以及日常生活的諸多方面都帶來積極的影響。

將大數據技術引入環境保護領域，形成生態環境大數據理念，以促進加強環境監測、污染治理、資源有效利用、提高公共衛生水平等。

（二）生態環境大數據概念及政策的提出

早在20世紀，生態環境領域就出現了依靠數據解決生態問題的理念，當時以獲取更多監測數據為主要目標，宏觀生態學研究也發現了大數據的重要性。近年來，有關生態保護和環境治理的研究大多基于反映環境現狀的數據分析之上。

2015年7月，中央全面深化改革領導小組第十四次會議上，習近平總書記明確指出，要推進全國生態環境監測數據聯網共享，開展生態環境大數據分析。以求對生態環境進行全方位多層次地客觀評價與有效保護。為生態環境大數據建設指明了方向，并奠定了大數據在推進環境管理轉型、促進環境治理政策落實、實現生態環境質量總體改善中的重要地位。

有效利用大數據技術，有助于掌握環境的動態變化從而實現精準監管。隨著生態環境數據的整合、處理分析的能力不斷提高，大數據技術在環境恢復、產業扶貧、環境治理、現代農業和城市綠化中發揮的作用越來越重要;有利于實時監控生態環境質量、長期跟蹤污染以及長時段評價生態環境質量。

二、建立環境預警體系

（一）構建環境評價體系

生態安全是指生態系統的健康和完整情況，針對區域內一段時期內的生態現狀做出評價，是生態安全研究的基礎和前提，基于環境現狀，制定具有針對性的環保政策，是構建生態安全體系的核心部分。根據研究區域特點，選取反映環境質量水平、承載力或彈性限度以及人文社會治理政策的相關數據，分析計算得出總體評價數值，從而反映研究區域內生態環境的整體綜合水平。其中經典理論模型集中于壓力（Pressure）-狀態（State）-響應（Response）模型，應用于各種自然資源生態安全評價。例如省份生態環境現狀空間分布。模型中“狀態”即生態環境各方面呈現出的狀況，主要體現在生態環境、自然資源的現狀;“壓力”是人類活動對生態安全的影響，包括污染物排放、能源消費、人口壓力等 ;“響應”是為保護生態安全，促進生態與經濟協調發展過程中做出的努力，包括擴大造林面積、增加第三產業產值、加大環境保護投資等措施。以及建立生態遙感評價模型，實現生態評價系統精細優化。在研究方法上 ，以定量研究為主，熵值法、層次分析法、改進的TOPSIS法等方法均有運用。常用的生態評價指標概念模型有聯合國經合組織提出的PSR模型、DSR模型和歐洲環境署的DPSIR模型，增加壓力和影響兩個指標層。之后，又經歷了層次分析、綜合指數分析、灰色關聯度等數學定量方法。隨著生態學的發展，生態足跡法被逐漸應用到生態安全評價研究中。以時間序列為基準，綜合分析評價結果，可以分析區域內生態環境的不同角度不同方面的時間變化，并且因地制宜實施有針對性的環境保護政策。

（二）建立環境預警體系

將生態數據整合分析，實現從環境觀測到環境預測，從而提出環境預警機制。完善預測預警機制，主動抑制環境問題惡化，是有效改善生態安全水平的重要手段。所謂環境預警，就是對環境質量和生態系統演替、退化、惡化的及時報警， 具有先覺性、預見性的特點， 對演化趨勢、方向、速度、后果等具有警覺作用，并且為環境整治和生態建設服務提供科學基礎。狹義的生態安全預警指對自然資源或生態安全可能出現衰竭或危機而建立報警，而廣義的生態安全預警則涵蓋了生態安全維護和減少危機的發展過程中，從發現警情、分析警兆、尋找警源、判斷警情以及采取正確的預警方法將警情排除的全過程。生態安全預警對研究區域內的社會、經濟、環境的協調發展具有重要意義。生態預測關鍵是如何降低模型預測結果不確定性，生態模型的普遍問題就是預測性差，造成該結果的根本原因之一就是過去數據獲取耗時費力且量小;而現在的數據獲取方法可以跨越多個組織層次獲得大規模同步觀測數據，從而能夠有效降低模型模擬預測的不確定性。

生態環境預警主要包括兩方面。其一為環境現狀警情分析判定，根據現有數據，得到某區域內環境狀況隨時間變化的趨勢并加以分析，基于此設定后續環境治理和保護措施。其二為基于現有數據，建立預測模型，對區域內后幾年的環境狀態在整體上和各指標層分別進行預測，根據預測數值分析未來幾年環境水平的變化。在預測方法上，灰色預測模型使用較多，灰色預測模型是根據已知的信息通過序列算法對未知信息進行預測。以及根據評價結果進行演化預警，根據不同地區實際情況建立相應等級標準，以評價結果確定生態環境質量。回歸分析模型多用于探求事物變化性規律，針對環境這種有周期性季節性變化規律的研究領域，分析環境數據，預測環境質量水平變化趨勢;以及與地理信息系統（Geography Information System，GIS）技術方法的集成，用于處理海量數據和可視化分析，不斷提高環境數據處理分析的精度。

三、建立大數據環境保護平臺

（一）環境保護平臺建立的現實意義

針對復雜多樣的環境數據，建立專業大數據平臺至關重要。生態環境大數據平臺以信息管理系統為基礎，在其內部綜合多源信息輸入，實現數據整合與分析，將環境檢測數據轉化環境動態信息，基于此采取相應的防治措施，從而提升生態環境重大風險預警預報和科學決策水平，成為推進生態環境保護的重要手段。在對生態綜合水平進行評價和預測之外，對環境實時監控預測也十分重要。區域內設置多點監測站，實時監測環境，獲取環境指標數據，將數據整合存儲，再分時段進行數據處理分析，預測未來生態水平。平臺會接收到多種類多層次的生態指標數據，對數據進行多維度、深層次的分析，根據預警級別采取相應的措施。除監控自然環境與自然資源以外，對企業排污進行分地區分級監控，準確掌握企業排污全過程，發現污染原因，排查污染源，發揮最大的監管力度，以真實、精準、全面的數據為生態環境監測預警、保護改善生態水平以及污染防治提供決策依據。

在加強生態環境大數據安全技術研發的基礎上，要重點推進生態環境大數據環境信息安全體系的建設與管理方面研究。高效發揮環境監管預測平臺的作用需要多方數據的輸入輸出，涉及的單位和個人數量、種類繁多，所對應的權限按職責區分。作為一個廣源的數據整合平臺，也要對用戶進行安全審查，進行統一管理。

（二）促進環境信息化

以構建科學化的生態環境目標管控體系為目標，為實現環境信息化帶來新的機遇。環境信息化可以加快解決環境問題，實施精準環境保護，促進生態環境有效防治，是推進環境保護現代化的必要途徑。生態環境大數據建設，要以環境質量改善為核心，以大數據應用為手段，結合政府、社會、企業、社區、個人等多個方面，對獲取的環境數據和整合分析得出的環境信息共享開放，大數據的應用是保證生態環境保護工作信息化數字化的關鍵手段。建設實時、高效、開放的環境信息系統，提高生態環境保護的智能性與及時性。為有效及時應對生態環境問題，需要構建環境預警應急中心，以解決監測端點與信息系統的突發問題。開發環境數據共享、開發機制，可以有效促進數據應用創新性，全面提高生態環境保護綜合決策、監管治理和公共服務水平。

四、結語

保護生態環境是對環境質量現狀充分了解的基礎上，建立環境評價及預警體系，從人文角度主動有針對性地治理和保護環境的有效方式。為更好地保護改善生態環境水平，提出建立環境監管預測平臺，依靠與生態環境和自然資源有關的部門單位和個人之間信息共享、大數據分析等，對環境資源進行長期和短期的客觀評價與精準預測。環境保護監管體系以各類傳感器技術、云計算技術為核心，以生態環境信息化為基礎，提升以大數據為支撐的生態環境信息化服務能力，充分發揮出生態環境保護在社會經濟、人文等領域的積極作用。

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*基金項目：2021年度云南省教育廳科學研究基金（人文社科類）項目研究生類“基于PSR模型的云南省生態安全綜合評價預警及監管建議”項目編號：2021Y118。

（作者單位：昆明理工大學管理與經濟學院）