成果簡(jiǎn)介
近日，中國環(huán)境監測總站張大偉站長(cháng)在Environmental Science and Ecotechnology上發(fā)表了題為“Establishing a nation-wide eco-environment monitoring network for sustainable governance”的論文。該論文系統總結了我國建立全國生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )的成就和經(jīng)驗，并探討了其對全球環(huán)境治理的啟示。文章提出，獲取實(shí)時(shí)、廣泛、精確的生態(tài)環(huán)境監測數據是應對全球環(huán)境危機的關(guān)鍵。通過(guò)建立覆蓋“天空地海”一體化的生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )，我國在生態(tài)文明建設和環(huán)境可持續治理方面取得了顯著(zhù)成果，為全球環(huán)境治理提供了實(shí)踐范例。
該成果的發(fā)表標志著(zhù)中國環(huán)境監測總站在推進(jìn)數智化轉型和監測理論創(chuàng )新方面取得了新的進(jìn)展突破，對于進(jìn)一步提升總站在生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域的基礎科研能力和水平，更好地推動(dòng)建設現代化生態(tài)環(huán)境監測體系具有重要的意義。
圖1天空地海一體化監測網(wǎng)絡(luò )架構示意圖
1. 引言
當今全球環(huán)境治理正面臨前所未有的挑戰。全球范圍內，空氣污染和水污染問(wèn)題仍然嚴峻，每年導致數百萬(wàn)人過(guò)早死亡，阻礙了可持續發(fā)展目標(SDG)中關(guān)于清潔水和空氣的實(shí)現?！堵?lián)合國政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )第六次評估報告》(IPCC AR6)指出，全球平均氣溫上升已突破1.1 ℃，如延續當前排放路徑，到2030年前或將跨越1.5 ℃臨界閾值，直接威脅約30億人口的生存與安全。同時(shí)，聯(lián)合國環(huán)境規劃署報告顯示，地球正經(jīng)歷生物多樣性的空前喪失，約有100萬(wàn)物種正面臨滅絕風(fēng)險。有效的國內和全球環(huán)境治理，以及應對氣候變化和生物多樣性喪失，都依賴(lài)于科學(xué)嚴謹、詳實(shí)可靠的監測數據支持。準確、全面、及時(shí)的環(huán)境信息是政策制定的基礎，能夠評估環(huán)境變化趨勢，并支持國際社會(huì )共同應對環(huán)境挑戰。如何獲取實(shí)時(shí)、全面且高精度的生態(tài)環(huán)境監測數據，已成為應對全球環(huán)境挑戰的關(guān)鍵所在。
我國高度重視生態(tài)文明建設，以習近平生態(tài)文明思想為指導，將生態(tài)環(huán)境保護提升到前所未有的戰略高度。習近平總書(shū)記提出的“綠水青山就是金山銀山”“山水林田湖草沙冰是生命共同體”等重要理念，強調了生態(tài)系統的整體性、系統性和人與自然和諧共生的重要性。這些理念深刻影響了我國生態(tài)環(huán)境治理的戰略布局，將生態(tài)環(huán)境監測視為生態(tài)文明建設的重要基礎和支撐。 自2012年以來(lái)，我國在生態(tài)環(huán)境監測領(lǐng)域開(kāi)展了一系列重大行動(dòng)和改革創(chuàng )新。2015年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )建設方案》，明確了建設全國統一、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )的目標。此后，國家陸續出臺了《生態(tài)環(huán)境監測規劃綱要(2020—2035年)》等一系列政策和規劃，全面推進(jìn)監測網(wǎng)絡(luò )的建設與完善。這些舉措旨在提升我國的環(huán)境監測能力，為實(shí)現“美麗中國”和“雙碳”目標提供關(guān)鍵的數據支撐。通過(guò)持續努力，我國初步建成了覆蓋“天空地海”的立體監測體系，對國內外的環(huán)境治理和全球環(huán)境決策產(chǎn)生了顯著(zhù)影響。
2. 中國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監測網(wǎng)絡(luò )的建設與經(jīng)驗
經(jīng)過(guò)幾十年的建設與持續完善，特別是自2012年以來(lái)，我國在構建覆蓋大氣、地表水、地下水、土壤、噪聲、海洋和生態(tài)系統等要素的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監測網(wǎng)絡(luò )方面取得了重大進(jìn)展。該網(wǎng)絡(luò )包括超過(guò)3.3萬(wàn)個(gè)國家級監測站點(diǎn)，并與約30萬(wàn)個(gè)地方監測點(diǎn)位互聯(lián)互通，實(shí)現了對全國地級及以上城市和重點(diǎn)區域的全面覆蓋?？諝獗O測網(wǎng)絡(luò )擁有1,734個(gè)站點(diǎn)，實(shí)時(shí)提供主要大氣污染物(如PM2.5、PM10、SO2、NO2、O3和CO)數據，支持空氣質(zhì)量預報和污染防治。地表水監測網(wǎng)絡(luò )包含3,646個(gè)斷面，覆蓋了全國主要河流、湖泊和水庫。這些斷面通過(guò)先進(jìn)的自動(dòng)監測設備，針對pH、溶解氧、氨氮、總磷等常規指標和特征污染物進(jìn)行連續在線(xiàn)監測，實(shí)現了對水質(zhì)變化的實(shí)時(shí)跟蹤和預警。土壤監測網(wǎng)絡(luò )設有2.2萬(wàn)個(gè)點(diǎn)位，重點(diǎn)監測農用地和建設用地的土壤污染狀況，評估土壤污染狀況，指導修復工作。地下水監測點(diǎn)位共1,912個(gè)，通過(guò)對地下水位、水質(zhì)參數的長(cháng)期監測，評估地下水資源狀況和污染趨勢。生態(tài)監測網(wǎng)絡(luò )包括171個(gè)綜合生態(tài)觀(guān)測站和16,400個(gè)生態(tài)樣地，涵蓋森林、草原、濕地、荒漠等多種生態(tài)系統類(lèi)型。通過(guò)對生態(tài)系統結構、功能和服務(wù)的長(cháng)期觀(guān)測，評估生態(tài)系統健康狀況和變化趨勢。此外，海洋環(huán)境通過(guò)1,359個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行監測，提供近海水質(zhì)和海洋生態(tài)系統的數據。技術(shù)手段也逐步實(shí)現自動(dòng)化與集成化，目前正在軌運行的7顆環(huán)境衛星提供了短周期、高覆蓋和多波段的遙感監測能力，滿(mǎn)足了全國大范圍、跨區域、跨要素的綜合監測需求(圖1)。
為了確保監測數據“真、準、全、快、新”，我國實(shí)施了完善的監測管理體系。通過(guò)“事權上收”、垂直管理、社會(huì )化監測與政府監管協(xié)同等制度創(chuàng )新，減少了地方行政干預。實(shí)施“誰(shuí)出數、誰(shuí)負責”的責任追溯機制和自動(dòng)化監測技術(shù)的應用，建立了全面的質(zhì)量管理和量值溯源體系，持續保障了監測數據的公信力和可比性。
生態(tài)環(huán)境監測有效支持了生態(tài)環(huán)境管理和政策制定。在污染防治攻堅戰和重點(diǎn)流域治理實(shí)踐中，監測網(wǎng)絡(luò )提供了大量準確、及時(shí)的數據，有力支撐了環(huán)境治理決策。通過(guò)精準識別和持續監管PM2.5排放源，空氣質(zhì)量顯著(zhù)改善。2015年至2022年，我國PM2.5年均濃度整體下降約35.6%，這一降幅相當于美國自《清潔空氣法案》實(shí)施以來(lái)30多年的改善。
3. 技術(shù)現代化與數智化轉型
展望未來(lái)，我國將進(jìn)一步推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)現代化和數智化升級，打造真正意義上的“天空地海”立體監測體系。這一進(jìn)程將實(shí)現從傳統單一數據采集向“智能感知—智慧分析—精準決策”全鏈條能力的跨越式發(fā)展，并逐步形成以“全域覆蓋、多維協(xié)同、智能互聯(lián)”為特征的多層次技術(shù)支撐體系，為美麗中國建設提供了更完善的技術(shù)與管理支撐。
（1）打造以?xún)r(jià)值實(shí)現為導向的“智慧大腦”
面對日益復雜的生態(tài)環(huán)境治理需求，我國將從構建“數據底座—智能工具—場(chǎng)景賦能”三位一體的生態(tài)環(huán)境監測體系出發(fā)，深度整合水、氣、土、生態(tài)等全要素監測數據以及氣象、水文、遙感等跨領(lǐng)域信息。通過(guò)開(kāi)發(fā)大數據分析“智能工具箱”與生態(tài)環(huán)境監測行業(yè)大模型，實(shí)現監測數據高效清洗、融合，進(jìn)而形成更具時(shí)效性與前瞻性的知識產(chǎn)品。各地在污染態(tài)勢感知、主動(dòng)問(wèn)題識別和區域生態(tài)質(zhì)量評價(jià)等方面的應用實(shí)踐表明，監測數據向高價(jià)值信息乃至決策支撐的高效轉化，能夠顯著(zhù)縮短環(huán)境治理決策響應時(shí)間并提高監管精準度。
（2）構建以無(wú)人化為標志的新一代智能感知網(wǎng)絡(luò )
為進(jìn)一步提升監測效率與監督力度，我國將在監測裝備領(lǐng)域大力推進(jìn)無(wú)人運維、智能采樣和“黑燈實(shí)驗室”等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和部署。例如，通過(guò)引入無(wú)人機、走航車(chē)(船)等移動(dòng)載具，高頻次檢測相較于傳統方式可節省70%以上的現場(chǎng)運維時(shí)間和人力成本;新一代量子激光雷達、微流控芯片實(shí)驗室、AI識別技術(shù)等的應用，則使監測系統實(shí)現了從“看得見(jiàn)”到“測得準”的重要躍升。在地表水質(zhì)監測中，一體化智能采樣裝置可使檢測耗時(shí)和運輸成本減少50%以上，同時(shí)提升現場(chǎng)監測數據的準確性與客觀(guān)性。
（3）建設復雜網(wǎng)絡(luò )智能運維控制平臺
針對規模龐大、層級復雜的監測網(wǎng)絡(luò )所帶來(lái)的運維挑戰，我國生態(tài)環(huán)境監測體系正在搭建集數據生產(chǎn)、質(zhì)量管理和監督檢查等功能于一體的智能運控平臺。通過(guò)智能運維模塊實(shí)現設備全生命周期管理、自動(dòng)化監測與安全監控，可大幅降低人工干預;全面質(zhì)控模塊則覆蓋監測數據采集、傳輸、存儲的全過(guò)程溯源，強化質(zhì)量管理體系;監督檢查模塊通過(guò)實(shí)時(shí)監管與秒級報警機制，能有效識別和防范質(zhì)量風(fēng)險。質(zhì)量管理也正從分散化、碎片化向系統化、集成化、體系化轉變，顯著(zhù)提升了數據的一致性與可比性。
（4）打造全國感知數據物聯(lián)共享中心
在“端—邊—云”協(xié)同的新型物聯(lián)網(wǎng)架構下，我國致力于構建智能化邊緣計算調度體系，實(shí)現“天空地海”多源監測數據的立體融合與集成管理。通過(guò)對多源異構監測數據進(jìn)行標準化和關(guān)聯(lián)化處理，打通數據孤島和技術(shù)壁壘。針對不同層級用戶(hù)的需求，陸續推出涵蓋數據產(chǎn)品目錄、應用需求清單、格式規范要求和共享服務(wù)模式在內的“四個(gè)清單”，并通過(guò)API接口、智能檢索等方式提升數據的共享效率與服務(wù)水平。
（5）形成系統論視角下的天空地海一體化監測理論
在此基礎上，我國將逐步構建基于系統論、信息論和控制論的完整監測理論框架，包括從原始數據(Data)、信息產(chǎn)品(Information)、知識服務(wù)(Knowledge)到智慧決策支持(Wisdom)的全鏈條進(jìn)階。通過(guò)央地、天地、源匯一體化設計和對監測網(wǎng)絡(luò )“自學(xué)習”與“自?xún)?yōu)化”能力的強化，實(shí)現復雜生態(tài)系統監測中更高層次的動(dòng)態(tài)調控與決策支持，這也為全球生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )的建設提供了新的思路。
4. 全球環(huán)境治理的啟示
在全球可持續發(fā)展目標(SDGs)與氣候變化、生態(tài)安全等重大挑戰交織的時(shí)代背景下，我國的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監測網(wǎng)絡(luò )建設為國際社會(huì )提供了啟示性范例，尤其對環(huán)境監測能力不足的國家和地區具有重要借鑒意義。
（1）從被動(dòng)治理轉向主動(dòng)預防的理念轉變
傳統的環(huán)境治理往往是事后治理，強調在污染發(fā)生后采取措施。這種被動(dòng)的方式難以及時(shí)應對環(huán)境問(wèn)題的復雜性和突發(fā)性。中國的經(jīng)驗表明，通過(guò)建立全面、實(shí)時(shí)的生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )，可以實(shí)現對環(huán)境變化的實(shí)時(shí)感知，從而從被動(dòng)治理轉向主動(dòng)預防。這樣的轉變使得環(huán)境治理能夠更早地識別問(wèn)題、評估風(fēng)險，采取前瞻性的措施，避免環(huán)境問(wèn)題的擴大和升級。
（2）從單一要素管理到系統協(xié)同治理
過(guò)去，環(huán)境治理常常局限于對空氣、水、土壤等單一要素的管理，缺乏對生態(tài)系統整體性的認識。中國以“山水林田湖草沙冰是生命共同體”的理念為指導，構建了覆蓋“天空地海”的立體監測體系，實(shí)現了對多要素、多尺度的綜合監測。這種系統協(xié)同的治理方式，有助于揭示生態(tài)系統中各要素之間的復雜相互作用，為制定綜合性的環(huán)境政策提供科學(xué)依據。
（3）數據驅動(dòng)的科學(xué)決策與管理
在全球環(huán)境治理中，缺乏高質(zhì)量、可信的數據一直是重大挑戰。我國通過(guò)實(shí)施“真、準、全、快、新”的數據管理體系，確保了監測數據的質(zhì)量和公信力。這為以數據驅動(dòng)的科學(xué)決策提供了堅實(shí)基礎。高質(zhì)量的數據不僅有助于國內環(huán)境管理，也為國際合作與交流提供了可靠依據，支持全球在污染治理、氣候變化、生物多樣性保護等方面的協(xié)同行動(dòng)。
（4）技術(shù)創(chuàng )新與智能化的引領(lǐng)
我國在生態(tài)環(huán)境監測中融合了人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數據等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現了監測的自動(dòng)化和智能化。這不僅提高了監測的效率和準確性，也降低了成本，為資源有限的發(fā)展中國家提供了可行的技術(shù)路徑。技術(shù)創(chuàng )新的引領(lǐng)作用，能夠幫助各國跨越傳統技術(shù)的局限，直接進(jìn)入智能化的環(huán)境監測新階段。中國已成功在3年左右時(shí)間內建成大規模自動(dòng)化監測網(wǎng)絡(luò )，為“一帶一路”區域水質(zhì)實(shí)驗室建設提供了可復制的模式，其中自動(dòng)化實(shí)驗室效率提升100%，成本降低20%。
（5）全球合作與共享的必要性
環(huán)境問(wèn)題具有跨界性和全球性，單個(gè)國家難以獨自解決。我國在推動(dòng)生態(tài)環(huán)境監測國際合作方面的實(shí)踐，如參與地球觀(guān)測組織(GEO)、建設“一帶一路”生態(tài)環(huán)境保護大數據服務(wù)平臺等，體現了全球合作與數據共享的必要性。通過(guò)加強國際合作，共享監測數據和技術(shù)經(jīng)驗，各國可以共同提升環(huán)境治理能力，應對全球環(huán)境挑戰。
（6）制度創(chuàng )新與多元共治的啟示
我國通過(guò)垂直管理、社會(huì )化監測與政府監管協(xié)同等制度創(chuàng )新，調動(dòng)了多方力量參與生態(tài)環(huán)境監測。這表明，環(huán)境治理需要政府、企業(yè)、社會(huì )組織和公眾的共同參與，構建多元共治的格局。這樣的制度創(chuàng )新，有助于提高環(huán)境治理的效率和公平性，為全球環(huán)境治理提供了新的思路。
從我國的經(jīng)驗來(lái)看，面對全球環(huán)境挑戰，必須從理念、制度、技術(shù)等多方面進(jìn)行系統性的變革。建立全面、實(shí)時(shí)、精準的生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )，是實(shí)現科學(xué)治理和可持續發(fā)展的關(guān)鍵一步。這不僅有助于本國環(huán)境問(wèn)題的解決，更為全球環(huán)境治理提供了實(shí)踐范式。
5. 結論與行動(dòng)倡議
在全球生態(tài)危機與可持續發(fā)展目標交織的背景下，我國建設的全球最大生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監測網(wǎng)絡(luò )為國際社會(huì )提供了可借鑒的成功案例。系統化、數智化和一體化的監測體系在保護生態(tài)環(huán)境、應對氣候變化和實(shí)現可持續發(fā)展目標方面的重要性日益凸顯?；诖?，我們倡議：
（1）加強現有國際合作機制：
依托地球觀(guān)測組織(GEO)、聯(lián)合國環(huán)境規劃署(UNEP)、全球環(huán)境監測系統(GEMS)等平臺，深化生態(tài)環(huán)境監測數據和技術(shù)的全球共享與合作。積極參與并推動(dòng)“一帶一路”生態(tài)環(huán)境保護大數據服務(wù)平臺建設，與沿線(xiàn)國家共同提升環(huán)境監測能力。
（2）建立全球環(huán)境監測伙伴關(guān)系：
呼吁國際社會(huì )聯(lián)手，建立更加緊密的技術(shù)和政策合作機制，共同應對全球環(huán)境挑戰。特別是加強與欠發(fā)達國家和地區的技術(shù)援助與能力建設，縮小監測能力與數據鴻溝。
（3）推進(jìn)一體化設計與標準化：
在“一帶一路”建設和國際標準化組織的合作框架下，制定和完善生態(tài)環(huán)境監測的技術(shù)規范、數據質(zhì)量管理體系和信息共享標準，提升多國數據的可比性和互操作性，促進(jìn)全球環(huán)境監測數據的整合集成。
（4）強化系統觀(guān)與前瞻思維：
鼓勵學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界與政府部門(mén)緊密協(xié)作，共同推動(dòng)生態(tài)環(huán)境監測體系的持續創(chuàng )新。通過(guò)構建跨學(xué)科、多領(lǐng)域的合作平臺，充分發(fā)揮系統科學(xué)、信息技術(shù)和人工智能等前沿技術(shù)的作用，為全球可持續發(fā)展目標的實(shí)現提供更加堅實(shí)的理論與實(shí)踐支撐。
我國愿與國際社會(huì )共同努力，積極分享生態(tài)環(huán)境監測網(wǎng)絡(luò )建設的經(jīng)驗和成果，推動(dòng)全球環(huán)境治理水平的提升，為構建人類(lèi)命運共同體作出積極貢獻。
引用信息
Zhang, D. (2025). Establishing a nation-wide eco-environment monitoring network for sustainable governance.Environmental Science and Ecotechnology26: 100585.
doi: 10.1016/j.ese.2025.100585 |
