2021年，北京市空气质量首次全面达标，PM2.5年均浓度降至33微克/立方米，大气污染防治工作取得里程碑式突破。在这条达标之路上，环境监测充分发挥了“耳目”和“尖兵”的作用，为大气污染治理提供了科学的技术支撑。
近年来，北京市生态环境监测中心党委书记、主任刘保献带头研制北京唯一的PM2.5组分日历图，在全国率先发布PM2.5源解析结果，构建了国际领先的高密度空气质量监测体系。
日前，2296名党的二十大代表名单公布，刘保献的名字也在其中。他说，北京的大气污染防治取得前所未有的成绩，作为一名亲历者、实践者和参与者，他感到非常自豪。“能够带着这份成绩参加党的二十大，我觉得很光荣。”
北京市生态环境监测中心党委书记、主任刘保献。新京报记者 薛珺 摄
开发新技术进行PM2.5源解析，科学研判污染来源
投身环保事业，是刘保献的初心。
2002年，他报考大学填写志愿时就选择了环保专业。“我觉得，保护和改善生态环境是为社会做公益，这个职业非常高尚。”刘保献还记得，他阅读环境保护主题书籍《寂静的春天》时的感受，书中描写的环境污染给人类带来灾难的故事触目惊心，这更坚定了他从事环保工作的决心。2008年，刘保献进入北京市环境保护监测中心分析实验室，当上了一名环境监测人员。
2012年，北京等多个城市笼罩在雾霾之下。雾霾锁城的元凶PM2.5也称细颗粒物，是指空气动力学直径小于等于2.5微米的颗粒物，能较长时间悬浮于空气中。面对中国大气污染的严峻形势，原环保部（现生态环境部）修订《环境空气质量标准》，将PM2.5列为监测指标。
治理PM2.5就必须了解它的成因，即对其进行来源解析。“人生病了，要去医院化验体检，找出病根儿。源解析就是要为污染治理找出病因。”刘保献说，北京PM2.5来源非常复杂，既有来自各类污染源排放的一次污染物，如烟尘、粉尘、黑炭、扬尘等，也有各类污染源排放的气态污染物，如氮氧化物等经过化学反应生成的二次污染物。
针对北京这种特殊的复合性污染，需要开发新的源解析技术，这给监测中心带来了不小的挑战。刘保献举例说，工作人员需要测量具有强代表性的痕量组分，比如左旋葡聚糖能够体现一个区域秸秆焚烧对PM2.5的影响。“但这些物质本身含量比较低，是纳克级的，需要我们有先进的技术将其测出来，还得测得准。”
他说，在国际上，传统的方法需要大量的溶剂和长时间段的样品，提取方式复杂且采样量大。为了提高工作效率，刘保献带领团队开发了一套快速热解析方法，不仅时效性更强，还避免了大量有机溶剂的使用，达到绿色环保的效果。
“原来我们一天能做5-10个样品，使用新方法，每天可以做20-30个样品，而且自动化程度比较高，大大缩减了工作时长，提高了在城市应用的可能性。”他说，这一技术手段可以让源解析进一步精细化，将大源再细分成小源。
北京PM2.5源解析技术为全国源解析技术体系的建立打下了坚实的基础。2014年、2018年、2021年，北京发布了三轮源解析结果。结果显示，北京本地来源中，移动源占比始终是“最大头”。据此，北京确定了大气PM2.5污染治理主要对象和优先顺序。
建设国际领先的空气质量监测网，突破重重技术难关
2012年9月，北京公布PM2.5监测站点分布图，35个站点织成了一张严密的监测网。
三年后，北京面临更加精细化的管理需求。“在这个阶段，工厂、锅炉等大的固定排放源随着治理基本达到了要求。但移动源、扬尘源、生活源仍然点多面广，且移动性比较强。”刘保献说，这就需要将监测手段进一步匹配到相应污染源区域，提升监测的空间分辨率。“原有的监测只能到区级，现在需要将监测网延伸到300多个街道、乡镇等管理末梢。”
短时间建设密度如此高的新一代空气质量监测网络，工作量和成本巨大。刘保献介绍，国际上从2013年开始研究基于小型传感器的便携式监测设备，但其面临两个困难，一个是数据质量问题，一个是海量数据应用问题，因此迟迟没有进展。
彼时，物联网和人工智能正好处于同步发展阶段。刘保献和团队考虑，可以利用物联网把所有的监测设备关联起来，便于管理和应用。同时用人工智能将传统的算法延伸到各个站点，建立云质控体系，提升数据质量。得到海量数据后，再结合大数据技术精准描述空气质量状况和污染的高值。
“比如我们建立了局地高值的识别算法，因为有了海量数据后，可以剔除传输和气象的影响来表征局地污染的特征，以便开展精准治理。”他说，目前这一监测手段已经推广到全国。
在建设国际领先的新一代空气质量监测网络过程中，刘保献带领团队突破了重重难关。
他们面对的第一个难题就是选择带有传感器的设备，当时国际上没有成熟设备的应用案例。传统传感器受湿度影响大，他们就建立湿度补偿的机制；随着使用时间变长和颗粒物逐步累积，监测设备的性能会下降，他们就建立一套自清洁的技术方法。“我们还必须考虑监测设备在实际场景中的应用，比如下雨天、打雷天、大风天，它们的性能如何。”刘保献说，每个极端天气都是设备的实验场景，团队往往在极端天气下开展研究。
第二个难题是数据质量控制问题。物联网高密度的监测网络，必须要有本地化的质控体系。在攻关过程中，团队积累应用场景，并利用人工智能自学习的方法，将当前和过去的情况做匹配，模拟实际情况下湿度、温度的影响，以此确保数据的质量。目前，这套体系支撑了北京市街道乡镇污染高值的识别和精准监管。
研发过程并非一帆风顺。在研究湿度对监测结果影响时，团队屡次失败。“记得有一天，大家讨论湿度质控问题到了晚上11点，尽管开展头脑风暴，却依然难以用实际案例佐证想法与推测，情绪不高的我们决定先散会回家，明天继续研究。”
刘保献回忆说，刚回到家中，外面就下起了大雨。大家意识到，这是个研究高湿度天气下质控模型的好时机，于是立即收起一天的疲惫，又不约而同地回到单位，在深夜的雨中开展设备调试，并对数据进行梳理和总结，最终解决了特殊环境下设备的质控问题。
带头研制北京PM2.5组分日历图，积累近10年基础数据
在北京市生态环境监测中心，有一份PM2.5组分日历图。不同颜色柱代表不同污染来源，组成了这一天的PM2.5。日历图直观地展现了北京大气污染防治成效。
为何带头研制这样一份日历图？刘保献说，大气污染防治具有长期性、复杂性、艰巨性的特点，无法毕其功于一役。
“环境治理不能仅知道PM2.5浓度，还要知道组分。浓度明确了治理要求，组分让我们知道治理的方向和目标，以及如何去进行治理。”他说，污染治理是一个长期的过程，需要日积月累地开展工作，所以PM2.5的基础数据至关重要。
北京市PM2.5组分分析工作从2013年开始，至今已历时近10年。自组分网建成以来，组分数据量已达每年10万-20万个。长时间尺度的北京市大气PM2.5组分日历图，呈现了北京市大气PM2.5和主要组分的日均、月度、年度浓度和构成变化情况。
发现构成的变化，就能开展精准治理。“举例来说，春天，我们发现地壳物质占比明显增加，此时扬尘源的治理就尤为重要。冬天，组分中硝酸盐、有机物有所增加，所以秋冬季要开展氮氧化物、挥发有机化合物等前体物的治理。”
如今，“北京蓝”成为常态，让市民收获了更多的幸福感。今年冬奥会期间，北京市空气质量每日达标。刘保献说，为了服务好冬奥会，他们专门构建了一套精细化的空气质量预测预报体系，能将预报从“天”的尺度细化到“小时”级别，整个区域的预报能够细化到公里级。
谈到未来的工作，刘保献说，他和团队将继续坚守生态环境监测一线，促进空气质量进一步改善。“人民群众对空气质量和生态环境有着更高的需求和标准，我们还面临基本消除重污染、PM2.5和臭氧协同控制的任务。我们有信心，未来北京的蓝天会越来越多。”
刘保献说，能作为生态环境监测领域的代表参加党的二十大，去现场聆听报告、感受了解近五年乃至十年中国生态文明建设的成果，他觉得既激动又期待。“在做好当前工作的前提下，我将积极履职，进一步提升自己的理论水平，希望能够在党的二十大期间，积极参与到讨论的环节中。”
他也提前做了准备，希望通过这次机会，讲述北京生态环境改善的成果和北京大气污染防治监测工作背后的故事。
■人物简介
刘保献，中共党员，北京市生态环境监测中心党委书记、主任，正高级工程师，常年坚守在生态环境监测一线，为保卫首都碧水蓝天净土做出了突出贡献。
他勤学苦练，十余年百万监测数据“0”失误；带头研制北京唯一的PM2.5组分日历图，在全国率先发布PM2.5源解析结果；构建的基于认知计算和物联网技术的街道乡镇高密度空气质量监测体系起到行业引领示范作用，全面地展现了新时代“环保铁军先锋队”的风采。
新京报记者 张璐
编辑 白爽 校对 吴兴发
