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一、生态环境质量综合分析与评价

一、生态环境综合评价的指标体系

1.选取指标的原则

在进行生态环境评价时，指标体系选取的合适与否将会直接影响到评价结果的准确性和可靠性。因此在选取评价指标时，应遵循以下原则:

1)科学性原则:指标体系的设计必须建立在科学准确的基础上，能够客观地反映半岛地区自然资源、经济、社会现状以及相互之间的协调发展关系，并且能够凸现半岛地区生态环境特征以及生态环境质量变化状况。

2)可操作性原则:设置的指标意义要明确，数据易于获取，易于定量计算、比较和分析;评价指标体系实践意义要明确，以保证评价工作顺利进行并有足够的评价可行度;选取指标要简洁、方便、有效、实用，即通过相关学科理论概括，获取对生态环境影响较大且易于获取的观测数据，并有利于生产及管理部门掌握和操作，使理论与实践紧密结合。

3)主导因素原则:影响生态环境质量的因素很多，利用单一因子根本不可能对生态环境质量及变化状况做出科学合理的评价，若一一概括既不可能又不现实，应选择具有代表性、能直接反映区域生态环境质量主要特征的主导性指标。

2.评价指标体系的建立

根据上述评价指标选取的原则，结合山东半岛实际情况，共选取14项具体指标建立生态环境综合评价指标体系(图9－1)。

图9－1生态环境指标体系

二、生态环境模糊综合评判

1.生态环境模糊综合评判指标体系及分级标准

根据14个评价指标，将评判等级分为4个等级，即环境质量等级集{优(Ⅰ)、良(Ⅱ)、一般(Ⅲ)、差(Ⅳ)}。分级标准见表9－4。

表9－4生态环境评价指标分级标准

续表

2.生态环境模糊综合评判隶属度的确定

用模糊评判方法来评价生态环境质量的关键是隶属度函数，即用隶属度函数来确定每一个评价指标对生态环境质量等级的隶属程度。本节采用线性关系确定评价指标的隶属函数。对定量评价指标，可分为正指标和逆指标两类。

3.分区评价

根据上述指标体系，以县级行政区域为评价单位，从山东半岛城市群各个市的统计年鉴上提取指标数据，具体计算方法如下:

1)提取出所有评价单元数据。

2)利用C++对隶属度函数进行编程，计算出隶属度函数的值，确定模糊矩阵。

3)利用matlab计算软件对模糊矩阵和权重矩阵进行计算。

4)得出单个单元的评价结果，根据最大隶属度原则确定评价等级。

由以上评价结果作出山东半岛城市群生态环境质量分区评价图及综合评价图(图9－2，图9－3)，再按照各个市区的面积，由最大隶属度原则得出综合评价结果如下:

Ⅰ类区:威海。

Ⅱ类区:日照。

Ⅲ类区:济南、青岛、烟台。

Ⅳ类区:东营、淄博、潍坊。

二、青藏高原重大建设工程生态修复综合效益评估指标体系

青藏高原作为我国重要的生态屏障和战略资源基地，兼顾经济社会发展与生态环境保护，其重大建设工程生态修复的综合效益评估成为当前区域发展的重要目标。国家先后推动了多项旨在促进当地经济发展的重大建设工程项目，并同步实施了一系列生态修复措施以应对出现的生态问题。

目前，针对青藏高原重大建设工程生态修复的研究主要集中在不同工程类型修复效益的融合，以及宏观空间布局尺度上对生态修复成效的评估。然而，缺乏统一的评价标准，且研究多集中于特定区域或单一生态修复措施的评估。为了全面了解青藏高原重大建设工程生态修复的综合效益，构建了一个系统、合理和科学的评估指标体系。

该评估指标体系包含生态系统结构、质量和服务三大类别，共10个主题指标、21个具体指标，涉及道路、水电和矿产开发三大典型工程。通过文献调研、业界专家咨询等方法，筛选出能够综合反映青藏高原生态修复效益的具体指标。评估指标体系旨在提供科学参考和理论支撑，助力青藏高原生态安全屏障的全面构筑。

青藏高原的特殊性在于其复杂地形地貌、气候、水文和植被，既是生态保护区也是生态脆弱区。随着重大建设项目的开展，虽然提高了资源利用效率和经济发展，但也带来了一系列生态环境问题。因此，针对青藏高原重大建设工程，构建生态修复综合效益评估指标体系，对于总体认知生态修复效果、长期监测、未来工程制定、布局优化及其他生态系统管理措施具有重要意义。

构建评估指标体系时，遵循科学性和客观性、整体性和层次性结合、全面性与典型性兼顾、易获取性和可操作性等原则。通过文献调查和专家咨询，筛选出代表性、可操作性强的指标，最终构建了涵盖生态系统结构、质量和服务的综合效益评估指标体系。

该指标体系包含10个主题指标和21个具体指标，涉及土地利用/覆被变化、景观破碎度、土壤重金属含量、植被覆盖度、土壤侵蚀模数等，以及碳固存、水源涵养、水土保持和生境提供等生态系统服务。通过遥感解译、实地观测、样方调查和文献数据整理等手段获取指标数据，实现对青藏高原重大建设工程生态修复效益的系统评估。

研究指出，针对青藏高原重大建设工程的生态修复综合效益评估指标体系，不仅能够全面反映生态修复效果，还为未来生态修复工程的制定、建设工程的布局提供科学参考和理论指导。结合实际评估结果，对指标体系进行检验和完善，将进一步提升评估的实践性和可操作性。

我国生态环境监测网络体系发展研究丨中国工程科学

本文选自中国工程院院刊《中国工程科学》2024年第5期

作者：王桥，刘绍民，王国强，阿膺兰，薛宝林，徐自为，吴劲

来源：我国生态环境监测网络体系发展研究[J].中国工程科学，2024，26(5):212-222.

编者按

生态环境监测是生态环境保护的重要基础，经过多年努力，我国基本建立了覆盖“水、气、土、声、固、生”等介质、具有1000多个监测指标的生态环境监测网络，整体监测能力正在全面接轨国际先进水平并逐步实现全球化发展。

中国工程院王桥院士研究团队在中国工程院院刊《中国工程科学》2024年第5期发表《我国生态环境监测网络体系发展研究》一文。文章全面阐述了我国生态环境监测网络体系的发展需求，从生态环境监测网络、生态环境监测技术与装备、生态环境监测指标、生态环境监测应用等方面梳理了相关体系的发展现状，进一步凝练了一体化生态环境监测网络缺失、自主先进的协同监测装备缺乏、指标研发滞后且数据处理与共享不足、一体化协同及保障机制缺乏等问题。论证提出了生态环境监测网络一体化、生态环境监测技术与装备自主化、生态环境监测指标体系一体化、生态环境监测网络应用一体化等我国生态环境监测网络体系的重点任务，构建从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测体系，推进生态环境监测装备的自主研发与应用，建立新型生态环境监测标准、技术与服务体系，保障一体化生态环境监测网络体系健康发展，启动科技重大项目与示范工程并率先开展典型区域监测应用等我国生态环境监测网络体系发展建议。相关内容可为我国“天空地海”一体化生态环境监测网络体系的研究、建设、应用等提供参考。

一、前言

我国生态文明建设面临着4个重大转变：由重点整治到系统治理的重大转变、由被动应对到主动作为的重大转变、由全球环境治理参与者到引领者的重大转变、由实践探索到科学理论指导的重大转变。生态环境监测作为生态环境保护的重要基础，在美丽中国建设、“山水林田湖草沙”一体化保护与系统治理、从山顶到海洋的保护治理大格局构建中发挥着更为显著的作用。客观来看，目前我国仅是生态环境监测大国，还不是生态环境监测强国。国家部署了加快建立现代化生态环境监测体系、健全“天空地海”一体化监测网络的重大任务，标志着我国正在由生态环境监测大国向监测强国迈进。

发达国家高度重视“天空地海”一体化生态环境监测网络建设，如美国、欧盟分别实施了卫星和地面综合观测计划，建成了兼顾全球、国家、地区等尺度，融合“天空地海”手段，注重地面和卫星观测协同的立体、多维、连续监测体系，为公共管理、公众生活提供了全方位的生态环境数据服务。我国经过数十年的努力，基本建立了包括90多万个地面监测点、2000多个海洋监测点、160多颗卫星在内，覆盖“水、气、土、声、固、生”等六大介质、具有1000多个监测指标的生态环境监测网络，初步实现城市、区域（流域）、国家尺度上常规生态环境与生态系统的变化状况监测，积极参与国际履约、跨境、全球性生态环境监测活动。整体上，我国生态环境监测网络能力正在全面接轨国际先进水平并逐步实现全球化发展。

也要注意到，我国生态环境监测在监测网络、技术与装备、指标、运行保障与应用等方面依然存在一系列问题，没有形成覆盖从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络体系，尚不能满足减污降碳、生态保护与修复、气候变化应对等新发展阶段的重大需求；如不加紧解决，将对美丽中国建设带来制约性、系统性的影响。为此，需要加快构建“天空地海”一体化生态环境监测网络体系，全面提升对美丽中国建设的支撑能力。

面向我国生态环境保护事业面临的新机遇、新挑战、新要求，本文从生态环境监测网络、技术与装备、监测指标、应用等方面出发，系统梳理我国生态环境监测网络体系的发展需求、现状及问题，针对性地提出重点任务与发展建议，以期推动我国生态环境监测能力迈向更高水平。

二、我国生态环境监测网络体系的发展需求

（一）美丽中国建设

1.生态文明建设需求

在新阶段，美丽中国建设对生态环境监测提出了更高要求。生态环境监测需具备全面性和科学性，完善监测网络，提升监测能力，准确反映各层次的生态环境状况。美丽中国建设还要求，深入推进污染防治攻坚，提升生态系统多样性、稳定性、持续性，守牢生态环境安全底线，建立重大战略区示范。需要加强生态质量监测和监督能力，提升预测、预报、预警水平，构建多要素、多尺度、多手段综合的一体化监测体系。

2.国家政策制定需求

为了深化全国生态文明建设，在新时期进一步强化生态环境管理部门的职责，组织开展生态环境监测和评估，统筹实施地下水、水功能区、入河（海）排污口、海洋、农业面源、温室气体等的监测，及时制定科学、精准的政策措施，推进生态环境监测改革创新，更好发挥法治、政策、技术等要素的价值。相关工作都需要建立先进适用、符合国情的生态环境监测网络体系。

（二）环境治理能力现代化建设

1.精准污染防治需求

环境治理现代化助力科学决策，支持开展精准污染防治和环境治理。生态环境监测是评价治理质量、反映治理成效、实施管理与决策的基本依据。污染防治已进入攻关阶段，破解突出的环境问题，防范区域性、布局性、结构性风险成为关键内容。需要生态环境监测网络体系提供及时、可靠、全面的数据，精准支撑科学决策和实施。

2.数字化与智能化需求

加快建设现代化生态环境监测网络体系，确保监测数字化、自动化、智能化、立体化，支撑基于大数据的生态环境智慧应用。需要应用新一代信息技术，构建一体化生态环境监测网络，提升预警分析、决策支持、智慧化应用水平，实现系统评价和动态监控；引进先进的生态环境监测技术和设备，提升监测网络的技术水平与能力；也需科研机构、企业、高校进行联合研发，推动生态环境监测技术升级，建立更高水平的监测技术支撑体系，使监测网络更好适应复杂多变的生态环境监测实际状况，为绿色发展提供关键数据支撑。

（三）国家生态安全体系建设

1.预警预测能力提升需求

在国家强调生态安全的背景下，生态环境监测需提升预警预测能力，以动态监测高风险源、尽量预防突发生态环境事件。掌握高风险源的基本情况及变化趋势，进行突发事件的预警和应急监测，掌握污染物动态变化规律，预防并控制生态环境风险，降低潜在损失和危害。

2.生态环境风险源动态监测需求

掌握高生态环境风险源的基本情况及变化趋势，离不开功能全面的生态环境监测网络体系。生态环境高风险源通常具有较高的污染潜力，一旦发生污染事故就会对生态环境、公众健康造成严重威胁。需要动态监测这些高风险源，及时发现并可靠预警潜在的生态环境风险，确保在污染事故发生前即采取有效的预防措施，降低生态环境风险的发生概率。

3.应急监测与快速响应需求

在生态环境突发事件发生后，应急监测和快速响应至关重要。需要建立功能完善的生态环境应急监测网络，便于在第一时间掌握突发事件的关键信息及演变情况，为应急处置工作提供态势参考；提升面向生态环境突发事件的快速响应能力，以有效减少对生态环境、公众健康的影响，降低损失和危害性，确保生态环境安全和社会稳定。

（四）公共服务与公众参与生态环境监测建设

1.监测服务供给需求

美丽中国建设对生态环境监测网络提出了增强服务供给能力的需求。需要改善生态环境监测网络应用的深度、广度、服务能力，创新集成应用技术，优化管理运行机制，突出监测综合效能，高水平支撑各类生态环境业务应用，满足社会公众的生产生活需求，保障生态文明建设质量。

2.信息公开与公众参与需求

社会公众对健康环境、优美生态的需求持续增加，也对生态环境方面的信息公开、宣传引导、公众监督等提出更高的要求。需要基于生态环境监测网络体系，加强与生命健康密切相关指标的监测与评估，提高应急监测的响应时效；通过信息公开和公众参与，推动社会共同参与生态环境保护，共建美丽中国。

（五）全球环境治理背景下的中国行动

1.国际环境公约履行需求

随着全球气候与生态环境治理更为深入，我国生态环境监测工作需要加强国际生态环境公约履行和相关的国际合作。应用生态环境监测网络体系，深度参与全球气候与生态环境治理，展现中国责任和大国担当；履行相关国际公约，参与全球新兴生态环境问题治理，应用相关领域监测支撑能力，提升我国生态环境监测与治理的国际形象及影响力。

2.国际合作与标准化需求

积极开展生态环境治理领域的国际合作，提升我国生态环境监测数据质量和分析精度，确保数据可靠和国际通用。需要把握国际生态环境治理趋势，以法律规章为基础、信息化平台为支撑，突出新技术应用和业务标准化，强化全过程质量管理；监测网络需全面覆盖大气、水、海洋、土壤、声、辐射、生态等要素，动态调整监测频次，完善标准体系，确保相关应用的标准化、智能化、普及化，展示我国在全球环境治理中的责任与担当。

三、我国生态环境监测网络体系的发展现状

（一）生态环境监测网络发展现状

1.天基网络

在我国的环境卫星、资源卫星、气象卫星、海洋卫星等民用卫星系列中，用于生态环境监测的在轨卫星超过100颗，其中业务化运行的卫星超过20颗，全面具备将地面、点状、离散的生态环境监测拓展到空间、面上、连续的生态环境监测的能力。环境卫星系列包括HJ1A/B/C等共12颗，具备大气、土壤、水等的监测能力。资源卫星系列包括ZY-1、ZY-3、高分系列，高分系列又包括GF-1/2/3/4/5等共8颗，可开展针对陆地、水体、大气的全要素、高精度监测，支撑生态环境应急、执法、督查等业务应用。气象卫星系列包括风云静止卫星（FY-2F~H、FY-4A/B）、风云极轨卫星（FY-3B~G）等，支持静止卫星、极轨卫星的业务云运行，成为气象服务、生态环境综合监测的重要能力构成。海洋系列卫星包括HY-1、HY-2系列，中法海洋卫星等共7颗，在海洋水环境方面具备综合监测能力。

2.空基网络

我国利用无人机、浮空器、高塔等平台，搭载了数量为数百万台的多光谱、红外、高光谱等探测仪器，用于快速监测重点区域的大气成分及通量、水体水质、生态环境变化、重要气象参数等生态环境要素。其中，无人机部署灵活，搭载多光谱相机、红外相机等设备，适用于空气质量、水质、植被的监测以及灾害预警等；气象塔、通量塔、环境监测塔等，搭载气象设备和通量等监测设备，支持开展长期、稳定的通量与生态环境变化等监测。

3.地基网络

我国建立了网格覆盖精度细、自动化程度高的国家生态环境监测网，点位约为3.72×105个，涵盖大气、水、土壤、生态、噪声、辐射等要素，支撑污染防治与生态环境质量管理。其中，全国范围内有覆盖城市和农村、数量超过5000个的空气质量自动监测站点，实时监测大气化学成分和物理参数；水质监测的国控断面有3646个，涵盖河流、湖泊，支持开展实时、月度人工监测；土壤监测点超过8×104个，支持开展土壤成分、理化参数的年度人工监测；生态监测网络覆盖全国，共有55个站点、749个样区，支持实时监测生物多样性、物种、覆盖率等生态指标。此外，在我国生态环境监测地基网络中，以业务应用为目标的监测网络有生态环境部的全国陆地生态环境监测网络和海洋生态环境监测网、中国气象局的综合气象观测网、国家林业和草原局的中国森林生态系统定位研究网络等；以科研应用为目标的监测网络有中国科学院的中国生态系统研究网络、近海海洋环境观测研究网络，教育部的野外科学观测研究站等。

4.海基网络

我国主要利用船舶平台搭载的船浮标和光学仪器开展生态环境监测，典型网络主要有海洋生态环境监测网、近岸海域环境监测网、中国科学院近海海洋环境观测研究网、南海立体观测网等。其中，海洋生态环境监测网以1359个海水质量国控监测点位为基础，形成点-站-区相结合的网络布局，支持开展生物、生态等要素的实时与高精度测量；近岸海域环境监测网由65家机构联合组成，包括301个生态环境质量国控点、198个入海／河水质监测断面、415个污水排放点位（排放量>100t/d）、16个沿海城市共27个海水浴场监测点位；中国科学院近海海洋环境观测研究网包括3个海湾站、4个近海站、1个临海站、1个滨海湿地站。

（二）生态环境监测技术与装备发展现状

1.天基监测技术与装备

我国卫星遥感监测经历了主要应用国外卫星、发展自主的环境卫星、应用高分系列卫星3个阶段。天基监测装备性能实现跨越式发展，遥感分辨率、精度、覆盖能力、重访周期等技术指标以及遥感反演技术能力接近世界先进水平；卫星平台与载荷的国产化率不断提高，卫星遥感数据的时效性明显提升。在全国生态系统评估、环境监测、资源调查、气象预报等应用中，国产卫星数据对国外卫星数据的替代率进一步提高。

2.空基监测技术与装备

空基监测平台包括有人飞机、飞艇、高塔、无人机等，以无人机监测为主流应用形式。飞艇在我国城市地表热环境、森林火灾监测、灾害性天气研究、生态系统监测、大气监测等方面发挥了积极作用。高塔主要用于气象要素梯度、通量等观测，如中国生态系统研究网络的站点利用高塔进行生态系统状态监测。国内利用无人机对生态系统参量（如植被状况、生物多样性、农作物产量、森林火灾等）、土壤属性、海洋绿潮、大气温室气体、污染气体与颗粒物、河流水质等进行遥感监测，90%以上的无人机为国产，而搭载的监测传感器有近50%为进口。以机载污染气体和温室气体多功能探测器为代表的自主空基监测技术设备发展较快。

3.地基监测技术与装备

地基监测技术与装备用于大气环境、水环境、土壤与固体废弃物（固废）、生态系统、物理环境的全面监测。①在大气环境方面，发展了多种成熟的监测技术和装备，在环境空气质量监测、大气污染源在线监测、移动污染源排放监测等方向应用较成熟。国产设备占有一定的市场份额，但大气氧化性在线监测、温室气体排放监测方面的份额不足10%。②在水环境方面，自动在线监测产品趋于多样化，如化学需氧量在线监测仪器，氨氮、总有机碳、总氮、总磷在线监测仪器，而浮游藻类、有毒有机污染物、水质重金属的在线原位监测系统较少。③在土壤与固废方面，多采用现场采样加实验室分析的监测方式。土壤采样、前处理技术与设备较为成熟，产品多，功能丰富，朝着精准化、全自动化方向发展；土壤重金属、有机污染物检测的技术和装备类型较多，进口仪器的市场占有率较高。④在生态系统方面，生物多样性调查多采用野外实地调查加人工记录的监测方式，遥感、分子生态学、生物声学、相机陷阱等新兴技术和装备开始得到应用，但进口设备的市场占有率较高；对于生态系统中碳、水、热通量的观测，因缺乏国产高精度、快速响应温室气体分析仪而主要采用进口产品。⑤在物理环境方面，近年来建立了环境自动监测网，提高了环境噪声监测的自动化水平；国家和地方各级电磁辐射监测站多选用进口的综合场强分析仪、工频电磁场分析仪、选频式电磁辐射监测仪等设备，仅少数监测站采用国产的电磁辐射选频分析仪；宽带式监测系统仍占据国内市场的主要份额，而作为未来主流的选频式在线监测系统应用较少；常用的光污染监测设备多为进口，而国产设备刚刚上市。

4.海基监测技术与装备

我国海洋生态环境监测以“船舶采样后实验室分析检测”为主，卫星遥感、浮标自动站、岸基雷达、无人机观测等为辅，初步形成了“天空海”一体化监测能力。我国海洋环境监测技术进步明显，与国际先进水平的差距稳步缩小，部分达到国际先进水平，但在特殊功能传感、高端装备、海洋垃圾及微塑料监测等方面仍有较大的差距。

（三）生态环境监测指标发展现状

我国生态环境监测指标体系正在向全面化、系统化迈进。生态环境部门构建了生态环境监测指标体系，包括环境空气、淡水、海洋、声环境、生态、农村、土壤环境质量、辐射环境、污染源在内的9个一级类、共51个二级类、超过1000个三级类指标，用于全国性、常态化、业务化运行。自然资源、农业农村、水利等部门以及中国科学院根据管理业务与科研工作的需求，也构建了多元化、多维度，涵盖资源、环境、生态等领域的监测指标体系。卫星遥感与航空遥感在生态质量、大气环境、水环境、土壤环境、固废、海洋生态环境、核安全等7项业务监测中应用成熟，常态化的监测指标有71个，含生态指标13个、大气指标13个、水指标19个、土壤指标3个、固废指标13个、海洋指标7个、核安全指标3个。

地面监测指标整体上实现了自动化、数字化应用。①在环境空气监测方面，对SO2、NO2、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）、CO、O3等6项指标开展了自动监测。②在地表水生态环境监测方面，对地表水环境指标体系中的水温、pH、溶解氧、电导率、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、浊度等9项基本指标开展了自动监测，部分站点自动监测了总有机碳、叶绿素a、藻密度、挥发性有机物（VOCs）、生物毒性、粪大肠菌群、重金属等方面的指标。③在大气温室气体、陆域辐射环境质量监测方面，对高精度CO2、CH4、CO、气象参数（如温度、湿度、气压、风向、风速）等8项城市大气温室气体指标开展了每日24h连续自动监测，也开展了γ辐射空气吸收剂量率，γ辐射累积剂量，气溶胶中的γ核素、90Sr、137Cs、210Po、210Pb，空气中的碘、3H，降水中的3H，沉降物中的γ核素、90Sr、137Cs等13个主要指标的自动监测。

在海基监测指标方面，已由20世纪90年代末的污染监测为主拓展到了海洋环境质量、海洋生态、主要用海区域等，增强了陆海监测指标的统筹衔接，开展了入海河流与直排海污染源监测，相关监测指标超过100个。

（四）生态环境监测应用发展现状

我国构建了“监测?传输?处理?分析?应用”一体化监管平台，支撑了环保、资源、水利等行业业务，在污染防治攻坚、生态系统保护、生态环境监管、“双碳”目标任务、美丽中国建设、气候变化应对等方面开展了应用。①在大气生态环境监测网络方面，开展了城市空气质量、沙尘、酸沉降、国家空气质量背景、污染源监督等监测工作，为大气环境管理提供了科学依据。②在水生态环境监测网络方面，开展了地表水环境质量、全国城市饮用水源地水质、流域水生态状况、国界水体水生态环境质量监测预警等评价工作，为生态环境部门提供了全面的水环境状况信息。③在土壤生态环境监测网络方面，开展了国家土壤环境质量、重点企业周边土壤、土壤背景值、农产品产地土壤环境等监测工作，为土壤环境质量管理提供了基础数据。④在生态状况监测网络方面，开展了全国和区域性的生态状况调查、生物多样性监测、自然保护地监测等工作，为全国生态保护红线划定、重要生态功能区划定、生态敏感区划定等工程提供了精准参考。⑤在海洋生态环境监测网络方面，开展了海洋生态环境调查、海洋生态本底和污染基线调查、重大海洋环境污染事故应急监测、近岸海域海水水质监测等工作，为海洋生态环境保护及治理提供了科学依据。⑥在气候变化应对监测网络方面，开展了温室气体排放、气候变化与气象灾害等监测工作，支撑了气候变化应对和“双碳”目标任务实施。

四、我国生态环境监测网络体系存在的问题

（一）“天空海”监测能力有所不足，未能形成一体化生态环境监测网络

高轨和中轨遥感卫星布局滞后，极轨卫星过境时间较为集中，国产卫星载荷的探测能力及精度不足，无法满足高精度、全方位、短周期的探测要求；空基探测网络建设碎片化，未形成全域覆盖网络；海洋监测网络偏向近海，而面向远洋、深海的监测能力极度缺乏；地面测点分布不均，位于山区、荒漠、城市的测点依然不足。此外，不同的监测手段多为独立部署和应用，没有实现全覆盖、高分辨率、跨行业、多尺度、多手段的协同监测，尚未建立从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络体系。

（二）高端生态环境监测装备及核心部件的自主研发能力薄弱，先进协同监测装备缺乏

现有国产生态环境监测装备多为跟踪研发与仿制，而原理、方法上的源头创新缺乏，关键部件、核心技术的外部供应易受约束，高端监测装备依赖进口。例如，2013—2021年，中国生态系统研究网络中配置了1080台/套、总价值2.82亿元的生态监测设备，进口占比超过80%。自主研发能力薄弱，国内企业在设备研发、产业化过程中的主导作用发挥不足，致使国产“天空地海”监测装备性能滞后，难以满足面向新污染物、气候变化等的监测需求。适应极端环境、跨要素、跨尺度、跨介质的“天空地海”协同监测装备缺乏，成为突出短板。

（三）一体化监测指标研发滞后，监测数据智能化处理与共享服务短板突出

不同的管理部门职能交叉且缺乏有效的协调机制，各部门出于自身业务管理需求构建了面向同一对象的不同指标体系，导致监测指标“重复”甚至存在潜在的“冲突”。国家层面统一化、系统化的生态环境监测指标体系尚未建立。以水生态指标为例，生态环境、水利、自然资源等部门分别构建了监测指标体系，相应监测指标的出发点分别侧重流域水生态、水生生物、地表水资源要素，但具体到监测指标上，水生生物、物理生境的较多指标存在重叠现象。然而，面向气候变化、减污降碳、新污染物等新兴方向，山区、海洋等关键区域的生态环境监测指标明显缺乏；地面监测指标多、遥感监测指标少，“天空地海”一体化监测指标体系尚未形成。

面向高寒、干旱、深海等极端环境的监测数据传输效率低下，生态环境监测信息的深度挖掘利用不够，高价值产品的生产、应用、服务能力不强，从监测、处理到应用，全链条、智能化、自动化的数据处理与共享服务严重不足；满足全域、实时、精准生态环境监测需求的从山顶到海洋、“天空地海”一体化监测智能化技术体系尚未建立，“感知?传输?处理?分析?服务”一体化的智能监测信息平台有待构建。

（四）一体化协同及保障机制缺乏，标准统一与数据共享方面存在短板

不同部门按照自身业务需求独立布局并建设监测网络体系，而各部门的监测职能交叉且分割，顶层设计及一体化协同机制缺乏，跨部门的生态环境监测合力有待形成。生态环境监测网络的建设、运行、应用缺乏统一标准，共性监测技术与装备也不统一，难以开展一体化保障与应用。各部门数据联网共享不充分，兼顾数据安全合规和数据共享的合作机制与技术路径缺乏，导致“数据孤岛”现象长期存在，数据集成和共享严重不足，数据安全共享与应用面临较大挑战。

五、我国生态环境监测网络体系的重点任务

（一）生态环境监测网络一体化

基于先进监测、大数据等技术，建设陆海统筹、天地一体、信息共享的生态环境监测网络，具备环境质量、生态质量、污染源的全要素、全指标、全覆盖监测能力，实现全国尺度上从山顶到海洋，天基、空基、地基、海基全域监测的“设计?建设?运行?应用”一体化，为全面推进美丽中国建设、加快实现人与自然和谐共生的现代化提供监测能力支撑。

按照陆海统筹、天地一体、全面覆盖的原则，融合各领域／行业的监测网络，统一布局并建设从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络体系。围绕生态环境高精度、全方位、短周期、定量化遥感监测需求，发展高空?中空?低空协同的天／空基监测网络体系，重点强化环境卫星和碳卫星体系；统筹陆地海洋、山区平原、绿洲荒漠、城市乡村、地表地下、流域上下游，发展地基监测网络体系，提升跨介质、跨部门、跨区域的生态环境监测能力；横向覆盖“近岸?近海?远洋?极地”，纵向贯通“海岸?海面?海中?海底”，发展海基监测网络体系，将海洋生态环境监测范围从近岸和浅海拓展到南北极。

（二）生态环境监测技术与装备自主化

围绕全面推进美丽中国建设、加快建立现代化生态环境监测体系、健全“天空地海”一体化监测网络等方面的需求，着重解决部分领域缺少先进监测技术与高端装备，核心技术、关键部件、软件及数据库面临供应安全，一体化、协同化的立体监测技术与装备能力不足等问题，自主建设高精度、多尺度、全覆盖、立体协同的生态环境监测技术与装备体系。以生态环境监测技术与装备能力的自主提升，保障从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络建设亟需，促进装备领域的新质生产力发展。

研发高时空分辨率、高光谱分辨率、智能天基／空基监测装备，攻克高性能载荷制造、多星组网观测等“瓶颈”环节，支撑从山顶到海洋的全方位监测；研发高精度、快响应、高灵敏度的海基监测装备，攻克低功耗、高环境耐受性、高可靠性的传感器关键技术，支撑从海面到深海的全覆盖监测；研发自动化、便携式、实时在线、高稳定性的地基监测装备，攻克高端器件制造、新污染物检测等关键技术，支撑从地表到地下的全要素监测；加大产业扶持力度，培育高端装备领军企业，加快生态环境监测高端装备的“研发?制造?应用”国产化布局，全面提升关键部件研发与制造能力。

（三）生态环境监测指标体系一体化

围绕健全科学、独立、权威、高效的“天空地海”一体化指标体系发展主线，剖析生态环境保护领域的弱点、热点、难点问题，统筹构建跨介质协同、生态保护修复、新型污染物、减污降碳等方面的监测指标，进一步完善海洋生态、生物多样性、农业面源、农村环境、地下水环境等方面的监测指标，形成从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测指标体系，更好发挥生态环境监测指标体系的支撑、引领、服务作用，支撑现代化监测体系建设。

针对生态环境监测的热点、难点、重点问题，加强指标体系研制，逐步补齐与国际先进水平的差距。开展新污染物、跨介质协同等方面的指标体系研制，提高生态环境国际履约监测水平；加强污染物、碳排放方面的指标研制，为中长期减污降碳提供精准依据；强化新形势下农业面源、生物多样性、农村环境、地下水环境等方面的指标研制。

加强数字化、智能化监测指标研制，全面提升生态环境监测的现代化水平。构建“天空地海”协同的监测指标，拓宽智能化监测手段的应用范围；依托现代化监测指标体系，开展各领域“无人化”监测；在利用自动化、遥感等方式开展生态环境监测方面，加快制定技术规范和应用标准。

研制“天空地海”一体化协同的生态环境指标，实现天基、空基、地基、海基生态环境监测指标的跨介质、跨领域、跨部门统筹与协同；构建一体化的生态环境监测指标体系，提高指标应用的标准化水平；构建以生态系统为单元的指标体系群或数据库，强化监测技术与指标的融合发展，及时更新监测指标；评估各领域监测标准的实施情况，反馈到相关标准的制定和修订。

（四）生态环境监测网络应用一体化

依托先进的时空信息基础设施，应用人工智能、区块链、物联网等信息技术，增强生态环境监测网络的智能化水平，实现“数智化转型、数字化驱动、数治化能力”。构建覆盖监测、处理、应用，具有全链条、智能化、自动化数据处理和共享服务能力的大数据平台，支持污染防治攻坚战、自然生态系统保护、生态环境监管、环境应急管理、“双碳”目标任务、美丽中国建设、全球环境治理等应用场景。

在数据传输方面，重点构建生态环境信息时空基准网，突破数据实时传输与动态汇聚技术，形成支持“天空地海”协同作业，日处理能力突破PB级，生态环境全要素、全方位、全天候的协同监测数据汇聚能力。

在数据处理与分析方面，重点发展“快速处理-关联融合?智能提取?协同分析?知识挖掘”的智能化引擎，强化多源生态环境监测数据的综合分析与挖掘，深化数据开发应用，满足“日清日结”处理及分析要求，支撑美丽中国建设的实时监测评估。

在智能服务方面，统筹环境、国土、气象、海洋、科研等部门／领域的应用需求，重点发展时空场景知识融合技术，形成系列化、业务化、规模化的新型监测知识服务产品；建设动态分析、智能推演所需的工具及平台，提供多目标协同、多功能统筹，跨地区、跨时空、跨层级、小时级的数智化协同管控服务。

六、我国生态环境监测网络体系发展建议

（一）构建从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测体系

针对新时期减污降碳、生态保护与修复、气候变化应对等需求，统筹考虑陆地海洋、近海远洋、山区平原、绿洲荒漠、城市乡村、流域上下游，统一布局并建设跨介质、跨部门、跨区域的生态环境监测网络。融合天基、空基、地基监测手段，确保全面覆盖、重点突出、协同应用，尽快形成具有全球生态系统状况全地域监测、环境污染及影响全过程感知、“气水生土固”全要素获取、“山水林田湖草沙冰”全覆盖监测、减污降碳全方位支撑、从山顶到海洋的“天空地海”一体化生态环境监测网络（见图1），支撑建设面向美丽中国建设所需的全地域、全方位、全要素、全过程、跨介质、跨部门、立体化的生态环境监测系统。

图1从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络

（二）推进生态环境监测装备自主研发与应用

注重原始技术创新，以重点监测装备与核心技术为突破口，推进“天空地海”一体化生态环境监测装备的技术创新与自主研发。重点发展针对放射性物质和生物多样性的自动化实时监测设备，面向温室气体、超细颗粒物、挥发性有机物、新污染物的跨介质监测设备，“天空地海”协同的跨尺度监测与跨要素组网监测设备，显著增强高寒高温、高湿干旱、高压高盐等极端环境的监测能力。推动“产学研用”深度融合，支持生态环境监测设备企业研发创新，培育高端设备制造领军企业，开展国产“天空地海”一体化生态环境监测装备的推广应用。

（三）建立新型生态环境监测技术与服务体系

聚焦美丽中国建设的任务要求，统一生态环境监测标准，补齐山区、海洋、过渡带等关键区域，新污染物、生物多样性、农业面源等新兴领域，臭氧层保护、气候变化、化学品、废物管理国际履约支撑等方面的监测指标短板。加快构建兼顾业务和科研需求、“天空地海”一体化的生态环境监测指标与技术方法体系，深化多源生态环境监测数据的分析与应用。基于物联网、大数据、人工智能等信息技术，拓展“天空地海”一体化的生态环境监测数据服务平台能力，形成适应新时期生态环境管理与决策需求，系列化、业务化的监测数据产品，实现生态环境监测数据智慧服务。

（四）保障一体化生态环境监测网络体系健康发展

论证并制定从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络体系发展规划，明确发展目标，凝练重点任务，落实建设方案。依据顶层设计，打破部门隔离，强化协同优化，统一标准、统一布局、统一建设、统一质控、统一管理，明晰多目标协同、多功能统筹、多部门共享、“天空地海”一体化的生态环境监测网络建设和运行机制，支持各级、各类生态环境监测网络互联互通，各行业生态环境监测数据共享。合理增加研发与建设投入，从政策、机制、经费、人才等方面出发，切实提升从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络能力，确保观测数据的数量与质量。

（五）启动科技重大项目与示范工程并率先开展典型区域监测应用

针对从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测网络的建设与应用目标，建议在国家重点研发计划渠道择机设立相关项目，突破“天空地海”一体化生态环境监测数据协同获取与处理、融合分析与应用等关键技术，筑牢“天空地海”一体化生态环境监测网络所需的技术与装备体系、指标与标准体系、保障与应用体系等基础条件。统筹推进相关的国家科技重大项目，在具备从山顶到海洋的生态环境全要素特征、“天空地海”监测网络基础条件较好的京津冀地区、西北内陆河流域等典型区域，开展研发、建设、示范应用，率先实现重点区域／流域从山顶到海洋、“天空地海”一体化生态环境监测。

注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。

作者简介

王桥

环境监测与环境信息专家，中国工程院院士。

主要从事环境遥感与环境信息化研究。

注：论文反映的是研究成果进展，不代表《中国工程科学》杂志社的观点。

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