作為一個北京城的老住戶，霧霾和水污染成了近幾年我最糟心的兩件事兒。終于在去年，北京開始有了空氣清潔行動計劃，并提出2017年將把PM2.5的含量降到60的目標。另外，北京市財政局近日也進一步明確，未來5年將投入近500億治理霧霾。
然而面對這些確之鑿鑿的數字，我從心里還是不免疑問：這些降霾目標是如何計算出來的？它們真能按期實現嗎？治霾背后的支撐技術又有哪些呢？
有沒有誰能給我一個答案？近日，在IBM與北京市政府達成合作協議之后，借著走進IBM中國研究院創新解決方案中心的機會，我和最前沿的研究員和工程師展開面對面溝通，一探治霾背后的龐大工程和技術力量。
治霾涉及新能源預測和企業節能減排等綜合方案
“治理霧霾是一個系統性的問題，需要從能源和環境等不同的維度的共同作用來解決。”前沿人員看到的場景果然全面。“首先，它涉及到如何更好地利用更多的可再生能源、減少本地火電一系列能源;其次，它還涉及到企業如何更好地利用能源做節能減排;之后，對整個社會來講，涉及的是如何能夠用更好的技術幫助社會做空氣的污染防治。”
水電、風電和太陽能都是傳統意義上的可再生能源，也是實現綠色能源的一個很重要的能源來源。但可再生能源天然的不足之處在于，它們會受到外界的影響、是極其不穩定的。比如，水電受制于來水和降雨的影響，風也會突然大、突然小，光能的話，有時候會晴天有時候陰天，有時一片云擋住太陽，也會影響光的發電等等。
對于整個能源的利用來講，發電不穩定性就造成了電網運行控制的不穩定性。而如果能夠提高氣象、天氣的預測精度的話，將使城市整個控制中心確切地知道在未來的一段時間內可再生能源將會有什么樣的變化。
IBM現場介紹了他們做的氣象模型，并演示了一系列核心的對于氣象、天氣預測的能力，包括仿真分析空氣污染的擴散、預測等等一系列的基礎技術。可以看到，這些技術能夠對大氣的環流、對風和空氣的流動，進行從大尺度到小尺度的一種混合的高精度的預測。系統可以提供各個區域的風速、風向，移動的方式，從廣義的整個區域級的到城市級的，再從城市級到一公里級別的分辨率的預測。
另外，科學家們也能通過對單個風機的發電進行預測，來實現對整個風電場的總體做出的預測。因為不同風機在不同的位置都會受到地形條件的影響，受到前后“尾流效應”的影響，因此它的發電是有偏差的。現在，已經可以通過對尾流、湍流的建模完成對單個風機不同尺度的預測。然后，再把這些單個風機的預測結果進行累加，就可以得到整個風電場的預測。
物聯網3.0在背后的支撐作用
這一系列的氣象、天氣預測背后，具體會用到哪些IT技術呢？
在風光預測方面，需要針對整個風場進行了短期預測和超短期預測。其中短期預測是指對未來48個小時進行的預測，這樣可以使電網的運行人員能夠提早得出第二天火電機組的發電計劃、人員維護計劃及機組安排計劃等等。超短期預測則是從現在起的4個小時內預測，這使一些控制設備能夠及時有效地進行響應。這背后用到了IBM高性能計算和大數據分析的能力。
相對來說，光伏發電預測用到IT技術有一點不同的地方，即云成像技術。這種技術通過拍攝當地整個天空的影像，然后進行先進技術來分析。比如，首先分析出來哪一片是云。識別出云以后，還要識別出云的走向，是朝哪邊移動的，會不會遮擋住太陽等。在分析云的走向背后就包括了圖象識別的能力、運動軌跡的分析能力等等。通過這種技術就可以進行很高精度的太陽輻照的預報，再在結合基于大數據的對光伏板的運行條件的分析，就可以進行高精度的光伏發電預報了。
當然，要綜合做到更高精準的新能源預測、更有效的企業能源管理和節能減排，以及去做空氣質量、空氣污染的預報等，就要涉及如何把采集來的海量數據，以及從氣象衛星傳來的氣象數據，做實時的數據處理和分析優化，這中間將涉及物聯網技術、云計算技術、數據分析等多個關鍵的IT技術。
而物聯網技術與云計算、大數據技術非常緊密的結合，是物聯網進入3.0時代一個很重要的標志。IBM研究人員認為，一方面，通過把物聯網數據管理分析，包括物聯網的設備安全等等相關的支撐技術，通過云的方式來進行交付，使得物聯網的用戶可以比較關注自己的應用需求，能非常方便地利用云上已有的服務，包括傳感設備連接管理、傳感數據管理和分析等等，以及利用云上已有的硬件、軟件的資源，很快地來響應業務的需求。
另一方面，通過物聯網與行業知識、領域的知識和對物理世界行為模型理解的緊密結合，不僅僅是收集到一些數據，更重要的是能夠從這些數據中間找到非常有用的信息。在傳統的數據管理里，更多的是應用統計模型，根據很多歷史的數據統計分析出來一個模型。而在物聯網里，更需要了解物理世界的運行規律是什么樣的，建立物理模型，進行物理模型分析，結合對相應領域的了解，共同解決問題。
后記
霧霾中的中國何去何從？每個人、每個地方政府，乃至每一家有著社會責任感的企業，都在思考。希望通過這篇文章描述的治理模式和整治技術能給大家以有益的啟示。最后引用國務院參事徐錠明在“第三屆中國能源經濟論壇”上說的話來結束此文，他說： “要治理霧霾，沒有能源革命、沒有能源改革，是解決不了的。新一輪能源革命將塑造新的工業體系、軍事體系和金融體系，新的能源革命將改變我們的生活方式、人際關系。”
京公網安備 11010502049343號