中國為什麼需要通過數據共享來應對空氣質量挑戰 | NSR專欄

科技 12-05

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撰文 | Patrick Funk 薛瀾梁正等

翻譯

陳海諾

審校 | 梁正余振

責編 | 蔣海宇

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在空氣污染的防治問題上，與收集數據同等重要的，還有中國國內數據的共享，以

及科學家能夠基於數據在政策建議上達成共識。人們對社會問題的認識很大程度上受制於公開數據的規模大小：如果數據不能反映整體形勢，

或者數據之間沒有關聯，依靠這些有限數據進行的研究，很可能帶來錯誤的結論。

儘管數據共享的優點顯而易見，中國在這方面仍面臨諸多系統性的障礙。

比如，中國以往收集的空氣污染數據，多數是失真的。此外，儘管數據共享對科學研究非常重要，但是由於晉陞機制和學術評價標準等方面的問題，科研人員對數據共享的積極性並不高。

再者，

僅僅克服數據共享及協作這一問題還遠遠不夠。正如加利福尼亞空氣資源委員會

（California Air Resources Board）

和休斯敦空氣質量管理部門的經驗所表明，科學家們還必須聚集起來，依靠這些共享的數據，幫助政府制定合理的政策。

由於數據共享與合作的形式多樣，為了闡明此文的觀點，我們首先需要明晰數據共享的不同形式。

數據共享

（data Sharing）

，指的是一個組織的成員們，為一個明確目的，所進行的數據交換。數據共享的形式會隨著涉及的研究人員及其所屬機構的數量的差異而有很大不同。一個數據共享項目不一定會向公眾公開數據。

數據公開則是數據共享最極端的形式，因為它將數據獲取的許可權開放給所有人。除了數據公開和僅含兩個對象的封閉數據合作之外，還存在一種數據共享俱樂部

（data-sharing club）

的形式，其成員通常基於一系列既定的共有原則進行數據共享。從歷史上看，致力於解決像空氣污染這種複雜問題的國際合作，通常都是從一個小組織開始，之後隨著項目的發展而不斷擴大。相對於單個組織的自行研究調查，數據共享能夠幫助回答更多、更複雜的問題。不過，如果沒有合理的激勵機制，數據共享可能會與學術界傳統的數據採集和所有權的文化標準產生衝突。美國休斯頓治理空氣污染的經驗是一個典型的案例，它在不公開數據的前提下實現了有效的數據共享，我們將會在後文中詳細討論。

數據彙集

（data pooling）

所建立的資料庫

，不用於特定研究和政策目標，而是讓資料庫成員

（在極端情況下，甚至讓公眾）

能夠隨意訪問其中的數據。數據彙集可以被認為是數據共享的一種更複雜的擴展形式。在良好的執行情況下，數據彙集可以確保數據的有效性和一致性。通過利用共享資源，數據彙集也可以幫助人們回答更複雜、更深遠的問題，也有利於解決人們在科學認知水平提高後提出的新問題，從而帶來新的知識。然而，數據彙集一般很難實現，因為它要求所有參與者分享數據，但他們可能已經習慣了獨享數據以實現個體利益的最大化。而且，它還需要大量的維護和管理來確保數據始終有效。由遠程跨境空氣污染公約

（CLRTAP）

，及氣霧、雲和微量氣體研究平台

（ACTRIS）

創建的資料庫，都是數據

彙集的典型案例，我們在後文將對它們進行討論。

難題

當時，在中美貿易和南海問題爭端升級的背景情況下，美國白宮科技政策辦公室主任John Holdren和中國科技部部長萬鋼，於2016年6月5日開展了中美創新對話，討論雙贏的合作機會。雙方討論的重點之一便是關於數據共享和合作研究在應對氣候變化和空氣污染中的作用。

2005年，大氣中小於2.5微米的顆粒物

（PM2.5）

和臭氧，共造成大約450萬人過早死亡。黑碳作為PM2.5的組成部分之一，是全球變暖的主要誘因，其作用僅次於二氧化碳。減少這些污染物不僅會提升空氣質量，還會減緩氣候變化的速度和程度。要解決這個問題，數據共享是關鍵。人們對社會問題的認識很大程度上受制於公開數據的規模大小：如果數據不能反映整體形勢，或者數據之間沒有關聯，依靠這些有限數據進行的研究，很可能帶來錯誤的結論。例如，在解釋臭氧層空洞時，氯氟烴假說曾受到許多科學家和決策者的質疑，但從不同尺度和平台收集得來的數據最終驗證了該假說，新的應對政策也才得以產生。

儘管數據共享和彙集的優點顯而易見，中國在這方面仍面臨諸多系統性的障礙。比如，中國以往收集的空氣污染數據，多數是失真的，而且大部分數據公眾無權獲取。此外，科研人員的晉陞和學術評價標準方面的要求也無形間打壓了他們共享數據的積極性。例如，以第一作者或通訊作者發表的科研文章是科研人員獲得晉陞或長期任職的重要條件，但是一篇文章通常最多只有三個作者能夠成為第一作者或通訊作者，而數據分享一般都以第一作者為條件，這就打擊了科研人員共享數據的積極性，即使是合作發表也並非有效的解決方案。

為了最大限度地利用可發表的數據為自己獲益，研究者和研究機構一般不會願意共享數據。由於高質量的空氣監測設備由不同的組織所有，而空氣污染分析又需要各地區不同地點的高質量數據，中國只有克服數據共享和協作上的阻礙，才能更好地減少和遏制空氣污染。

僅僅克服數據共享及協作這一問題還遠遠不夠。正如加利福尼亞空氣資源委員會

（California Air Resources Board）

和休斯敦空氣質量管理部門的經驗所表明，科學家們還必須聚集起來，依靠積累的共享數據，幫助政府進行決策。如果沒有這種知識轉移，政策制定過程很容易被誤導，帶來災難性的後果。最後，分享和使用數據，也會對數據收集本身有所助益。

歷史經驗：數據共享框架

面臨這些挑戰的不僅僅只有中國。國際上的空氣質量研究中，強制的數據共享協議仍是比較新穎的舉措。在1950年，世界氣象組織

（WMO）

已經開始通過彙集天氣、氣候和水等領域的數據，以加強國際間的合作。這些早期舉措面臨不少問題，因為公布數據的過程沒有經過檢查和權衡，其質量參差不齊，難以用於研究。

WMO把全球大氣監視計劃

（Global Atmospheric Watch）

作為一個高質量的數據共享項目，至今仍對公眾開放。遠程跨境空氣污染公約簽署於1979年，由歐洲監測和評估計劃

（EMEP）

實施，它創建了一個共享的數據網路來幫助解決各國的空氣質量問題。1983年，為了研究對流層化學及其對美國的影響，NASA建立了全球對流層實驗

（GTE）

。GTE強制規定把加入數據管理協議作為得到研究資金的必要條件之一，以此確保數據在項目資助方之間共享，以及資金被用於數據管理。該實驗實地數據的收集於2001年結束，但其數據至今仍對公眾開放，顯示了數據彙集和公開的巨大潛在價值。

成立於1997年的Eionet，是歐盟國家及其合作國家的一個數據聯盟，用以收集、共享和研究環境數據。2011年創建的ACTRIS是為了將2000年前的一系列項目

（不包括Eionet）

合併到一個統一的資料庫和網路中。ACTRIS由歐盟委員會資助，由成員國代表共同管理。ACTRIS在網路管理中擁有一套數據和元數據報告的標準

（包括位置、儀器、不確定性/百分數等）

，以保證整個網路數據的質量。

很多頂級期刊也將數據共享納入其出版要求中。《自然》的政策規定：「在《自然》期刊中發表的文章，作者須向讀者無條件公開研究材料、數據、代碼和相關協議。」然而，在國際上, 數據共享仍然任重道遠，比如美國也還沒有類似ACTRIS的平台。此外，儘管美國國家科學基金會

（NSF）

當前要求空氣質量監測項目需分享並最終公開數據；但歷史上，他們並不允許此類項目參與到數據管理當中。

歷史經驗：

科學家為決策過程提供幫助

國際上已經有很多先例關於科學家如何為決策過程提供幫助，以及科學家和政府監管機構共享數據的實踐如何最終完善空氣質量政策。在美國，加利福尼亞空氣資源委員會

（CARB）

在推廣和資助空氣質量研究方面已經有很長的歷史，他們在改善全州空氣質量方面的成績常常在美國名列前茅。

20世紀中葉，洛杉磯的空氣污染十分嚴重，其糟糕情況甚至堪比北京現在空氣質量最差的時候，年平均PM10達到約

150μg/ m

，臭氧峰值超過600 ppb 。而基於氮氧化物

（NOx）

對臭氧空洞和PM2.5的影響的研究結果，CARB在全美設立了首個機動車NOx標準。由於這些舉措以及隨後對排放的有效控制，洛杉磯現在的空氣污染水平已經下降到當時的四分之一以下，儘管洛杉磯現在的人口已經增加了一倍，車輛里程增加了四倍。在整個加利福尼亞州，僅在過去的23年中，因暴露於主要有毒空氣污染物而導致的集體性癌症風險下降了76％。中國政府機構與學術界之間聯繫緊密，可以借鑒CARB的經驗，從CARB的數據共享模式中獲得啟發，在國際背景下建立跨境合作項目和機構。

德克薩斯州休斯頓市的空氣質量管理經驗也從另一個角度說明了學術界和政府之間的合作對於大幅度改善空氣質量的重要性。1999年，休斯頓遭遇了美國最嚴重的臭氧污染，該市啟動了一項雄心勃勃的研究合作計劃，涉及許多州立的、聯邦的和學術的組織。與加利福尼亞情況不同的是，這項研究發現氮氧化物並不是臭氧形成的主要原因，而是認為高反應性揮發性有機化合物

（VOC）

對臭氧的形成更為關鍵。通過總結超過300位科學家在不同出版物上的研究成果，立法者得到了更為科學有效的政策方案。通過規範高反應性VOC而不是NOx為產業節省了約10億美元。洛杉磯和休斯頓的案例充分說明了讓科學家參與決策過程以及共享數據的重要性。在兩個案例中，由於區域地理和行業差異，用相反的干預措施來減少臭氧也是有理可循的。

歷史上，中美雙方曾有過將科學納入政策過程的合作經歷。2003年，美國環境保護局和中國國家環境保護局

（環境保護部的前身）

史無前例地簽署了一份關於燃料和車輛技術與標準合作的備忘錄。這項合作的數據雖然沒有對大部分中國公眾開放，但從事這些項目的中美科學家可以共享相關數據，其中部分工作報告也在美國得以發表。2008年，中國國家能源局的大氣輻射測量氣候研究設備遷至東南地區。這無疑是一個進步，但在該項目尚未收集到足以支撐科學研究或政策啟示所需的長期數據之前，就因為數據使用和所有權問題而被迫關閉。

更近的一個例子是，氣候變化工作組

（CCWG）

所屬的美中氣候與能源合作為「巴黎協定」談判的成功做出了貢獻。CCWG已經開始推動研究機構之間的數據共享。2015年，中國能源模型論壇在清華大學舉行，該論壇將建模團隊和政策制定者置於同一平台上，以便更好地為決策提供幫助。中國也已經開始創建一個獨立的匯總資料庫以收集環境數據和由政府數據中心提供的多種來源的綜合數據。這些舉措對於解決數據分享和科學輔助決策方面的系統性障礙十分有利。

雖然這些挑戰並非中國所獨有，但作為世界上最大的污染排放國之一，中國擁有獨一無二的機會去解決我們這個時代的一些最重要的空氣污染和氣候挑戰，並有可能在這些創新與對話中引領世界。近幾十年來，中國在工程和大型基礎設施建設方面的創新成就位於世界前列，高速鐵路就是一個典型的例子。中國已經擁有世界級的數據基礎設施，如果能夠向其最優秀的科學家

（甚至全球範圍內的合作夥伴）

開放這些數據集，使他們能夠推動科學發展並為決策者提供科學的政策建議，那麼中國很有可能在解決當今全球面臨的最嚴峻的挑戰上做出世界領先的貢獻。

行動提議

1）建立獎勵機制。以國家獎項為例，比如可以允許不是以第一作者或通訊作者發表的文章納入到科研人員的績效考核中，鼓勵中國科學家在空氣污染研究和政策分析等領域積极參与聯合研究並共享重要的數據。

2）建立目標。比如，所有政府資助的空氣污染研究數據，在其收集完成兩年之後必須向公眾開放或可以被共享。這類目標也可能包括讓所有公立的研究機構在數據收集完成兩年後向公眾開放所有數據。

3）建立一個通用的共享資料庫，搭建基礎設施和網路，匯總來自中國各地研究機構站點和政府站點的數據，並整理為通用且高質量的形式。在建立這些基礎設施時應時時考慮到空氣質量—氣候變化—健康的基本關係。歐洲的ACTRIS，CLRTAP或全球大氣監測可以作為很好的參考模式。

4）為那些在應對氣候變化方面投入最多科研資金的國家建立一個核心的數據合作平台。國際合作領域的研究發現，在解決具體問題時，較為精鍊的組織和較高的初始投資可以加速建立有效合作的過程，並為成功拓展為一個更具包容性的全球模式創造條件。

a) 讓相關的國家學術機構

（包括來自美國，中國和歐洲的）

邀請在空氣質量—氣候變化—健康關係的研究領域中最優秀的科學家加入藍帶小組

（Blue Ribbon Panel）

，在開發共享數據基礎設施和加強政策分析方面進行合作。藍帶小組是一個專家諮詢小組，旨在為政策制定提供公正科學的支持。在美國，典型的藍帶小組例子包括肯尼迪暗殺委員會和9/11委員會。相關的例子還有不少，雖然它們不一定對外都被稱為藍帶小組，比如美國國家科學院委員會，它發布了具有里程碑意義的研究報告——《站在暴風雨之上》

(Rising above the Gathering Storm)

，並幫助動員建立了能源部先進研究計劃項目

（ARPA-E）

；再如，美國環保局

（EPA）

科學顧問委員會，它為美國環保局提供了很多關於科學方法和研究計劃的建議。

b) 藍帶小組需承諾在

（在發表之前）

一年內向政策制定者溝通和分享科學家已經達成共識的科學發現。

c) 承諾將來自該網路的數據完全共享和公開。

d) 制定適當的安全保障措施以保障科學的嚴謹性和透明度，包括及時公布數據。

e) 承諾依據一個時間表，在藍帶小組中體現更多的全球參與。

最後，雖然國際合作可以動員世界各地最優秀的才智幫助解決中國嚴峻的空氣污染問題，但中國若要實質性地改善空氣質量，還需在數據共享以及讓科學家參與政策制定等方面做出巨大的努力。

致謝

感謝David Allen，Michael Brauer，Greg Carmichael，Neil Donahue，Baruch Fischhoff，Denise Mauzerall，Tom Mitchell，Chris Nielsen，Allen Robinson，Robert Sawyer，Jay Turner和Alfred Wiedensohler為本文付出的時間和對文章內容的增益。

英文原文2017年11月發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR），原標題為「Why China needs data sharing to address its air-quality challenge」。NSR是科學出版社旗下期刊，與牛津大學出版社聯合出版。《知識分子》獲NSR和牛津大學出版社授權刊發該文中文翻譯。