霧霾隨時(shí)突擊，其最大元兇也撲朔迷離。澎湃新聞（m.nxos.com.cn）獲悉，為撥開(kāi)迷霧，中國(guó)將千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)“天河一號(hào)”投入治霾之戰(zhàn)。

        “利用超級(jí)計(jì)算機(jī)所構(gòu)建的是長(zhǎng)效、高分辨率的霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)平臺(tái)，最長(zhǎng)時(shí)效可以預(yù)報(bào)未來(lái)5天的霧霾情況，分辨率可以精確到3-5公里?！?/strong> 國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心（下稱(chēng)超算天津中心）應(yīng)用研發(fā)部部長(zhǎng)孟祥飛博士對(duì)澎湃新聞（m.nxos.com.cn）稱(chēng)，過(guò)去如果要預(yù)報(bào)2天后的霧霾情況，要花24小時(shí)才能算出來(lái)。但利用超算能力，2小時(shí)就能計(jì)算出結(jié)果。

        舊霧霾預(yù)測(cè)技術(shù)的低分辨率則更為 “粗暴”，其30-50公里的分辨率，意味著像上海這樣規(guī)模的城市，屏幕上用兩個(gè)網(wǎng)格就完全覆蓋了，無(wú)法測(cè)算到城市不同區(qū)域間PM2.5的不同情況。

        據(jù)孟祥飛介紹，以“天河一號(hào)”為支撐平臺(tái)的“霧霾監(jiān)測(cè)與數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)研究”目前已形成準(zhǔn)業(yè)務(wù)化的預(yù)報(bào)平臺(tái)，與中國(guó)氣象局下屬的中國(guó)氣象科學(xué)研究院合作，每天發(fā)布華北地區(qū)的高精度霧霾預(yù)測(cè)結(jié)果。目前已在河北保定、廊坊開(kāi)展試點(diǎn)，下一步，天津市也會(huì)納入測(cè)試。隨著當(dāng)前試點(diǎn)范圍逐漸鋪開(kāi)，未來(lái)3年有望形成全國(guó)性霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)能力。

        由于超算中心不具備環(huán)境預(yù)報(bào)權(quán)限，這些預(yù)測(cè)結(jié)果并不對(duì)外公開(kāi)，而是由當(dāng)?shù)貧庀缶只颦h(huán)保局進(jìn)行發(fā)布。

大數(shù)據(jù)助力霧霾監(jiān)測(cè)治理

        “天河能做的，算天算地算人，這屬于算天的一部分。”超算天津中心主任劉光明稱(chēng)，超算中心相當(dāng)于一個(gè)“綱”，用天河把各個(gè)學(xué)科都拉攏在一起，形成團(tuán)隊(duì)做綜合檢測(cè)系統(tǒng)。據(jù)悉，該項(xiàng)研究由中國(guó)氣象科學(xué)研究院、國(guó)家氣象中心、清華大學(xué)、國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心等單位合作開(kāi)展，搭建出的數(shù)值模擬模型能夠提供更長(zhǎng)期、更精準(zhǔn)的霧霾預(yù)測(cè)，并為治理決策提供科學(xué)參考。

        曾為中國(guó)摘得首枚超算“金牌”的“天河一號(hào)”是中國(guó)首臺(tái)千萬(wàn)億次超級(jí)計(jì)算機(jī)，峰值速度達(dá)每秒1206萬(wàn)億次雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算（TFlops）。千萬(wàn)億次是個(gè)什么概念呢？孟祥飛介紹說(shuō)，“天河一號(hào)”每運(yùn)行一小時(shí)就相當(dāng)于全中國(guó)13億人340年的工作量，其存儲(chǔ)能力則可容納13億人每人拍一張高清晰度的數(shù)碼照片?！疤旌右惶?hào)”在“算天”方面大有用武之地，每年的國(guó)際氣候變化大會(huì)，中方的大量數(shù)據(jù)基本都是通過(guò)“天河一號(hào)”計(jì)算得來(lái)。

        1月初，“天河一號(hào)”還獲得了2014年度國(guó)家科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。

        “我們?yōu)槭裁匆獏⑴c這個(gè)事情呢，是過(guò)去的應(yīng)用有這么一個(gè)基礎(chǔ)。從天河來(lái)講，氣象預(yù)報(bào)和氣候研究一直是我們重點(diǎn)的研究方向。對(duì)于霧霾來(lái)講，和氣象預(yù)報(bào)相關(guān)，但僅靠氣象預(yù)報(bào)是做不好霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)的?！眲⒐饷鞣Q(chēng)，霧霾監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)綜合了氣象、環(huán)保與地理信息三大因素?！皩?shí)際上我們和這幾塊都有合作，而且又有這種技術(shù)優(yōu)勢(shì)能把各個(gè)學(xué)科都攏在一起，形成一個(gè)團(tuán)隊(duì)，想聯(lián)合起來(lái)做霧霾的預(yù)警預(yù)報(bào)，后來(lái)申請(qǐng)了國(guó)家科技部的一個(gè)支撐計(jì)劃?！?/p>

        作為“霧霾監(jiān)測(cè)與數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)研究”的主要發(fā)起者之一，南開(kāi)大學(xué)城市交通污染防治研究中心主任毛洪鈞教授曾就職于英國(guó)政府環(huán)保部門(mén)，具有豐富的建模項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于技術(shù)革新帶來(lái)的治理新路徑，毛洪鈞直言是環(huán)境問(wèn)題不斷增壓導(dǎo)致的必然結(jié)果。

        “因?yàn)檫^(guò)去的環(huán)境沒(méi)到今天這么惡劣的程度。現(xiàn)在大家老說(shuō)我們的污染也沒(méi)增加啊，和平時(shí)一樣，怎么這兩天又霧霾了呢？主要原因還是超過(guò)環(huán)境容量的污染物被不利的天氣情況激活了。這種情況就要依賴(lài)于對(duì)氣象的預(yù)警預(yù)報(bào)、建立氣象與排放之間的密切關(guān)系，這就更強(qiáng)烈地依賴(lài)于模型、模擬天氣狀況的大數(shù)據(jù)，更加依賴(lài)于超算這種技術(shù)手段?！?/p>

        毛洪鈞指出，在移動(dòng)污染源快速增加的現(xiàn)實(shí)沖擊下，過(guò)去“誰(shuí)污染誰(shuí)治理”方針已經(jīng)無(wú)法完全發(fā)揮作用?！澳蔷鸵蕾?lài)先進(jìn)的技術(shù)手段來(lái)管理，比如說(shuō)信息化、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、超算、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算。這里邊挖掘出的信息比過(guò)去就要深入得多了?！钡靡嬗诒O(jiān)測(cè)分析技術(shù)的日漸成熟，傳統(tǒng)方法監(jiān)測(cè)不到或監(jiān)測(cè)很慢的數(shù)據(jù)現(xiàn)在可實(shí)現(xiàn)在線和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。“因此我們?cè)O(shè)想能不能以超算中心為平臺(tái)，建立一個(gè)BS系統(tǒng)（Brower/Server，指客戶(hù)機(jī)只需通過(guò)瀏覽器即可同數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互），通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，把所有資源整合在一個(gè)框架下。只要地方有需要，在某種程度上可以利用這個(gè)公共平臺(tái)，提供地方政府決策所依賴(lài)的數(shù)據(jù)?！?/p>

        據(jù)孟祥飛介紹，做霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)主要包括三大塊內(nèi)容。首先要建立污染源清單，比如一根工業(yè)煙囪、一輛城市里的機(jī)動(dòng)車(chē)，每時(shí)每刻在不同的位置上排放多少污染。這相當(dāng)于找“病因”，為后續(xù)的開(kāi)方下藥先把好脈。第二步則是在超級(jí)計(jì)算機(jī)上綜合各項(xiàng)實(shí)際影響因素，建立數(shù)值模擬模型，把模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照后修改、優(yōu)化模型。

        以毛洪鈞所帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)目前的攻關(guān)方向?yàn)槔?，“是從單一機(jī)動(dòng)車(chē)排放的建模角度，演繹到整個(gè)道路上的排放。道路上的排放又構(gòu)成一個(gè)局域、區(qū)域或是城市尺度的東西，這就變成了一個(gè)交通污染線源。這種交通源打包組合以后，在城里不停地運(yùn)動(dòng)、不停地排放，構(gòu)成對(duì)空氣質(zhì)量的影響。這就建立了清單模型。清單模型是空氣質(zhì)量模型、還原反應(yīng)機(jī)制模型等模型中最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。它的精度的好與壞、時(shí)空變化的精度如何，直接影響到后續(xù)工作能否達(dá)到預(yù)期的精準(zhǔn)要求。這整個(gè)過(guò)程里牽涉的模型非常之多?！泵殁x稱(chēng)。

        前述兩位參與該系統(tǒng)研究的專(zhuān)家均表示，雖然此前各地都在搞系統(tǒng)、搞清單、搞模型，但依然沒(méi)有真正建立起準(zhǔn)確的排放清單與空氣質(zhì)量在不同天氣狀態(tài)下的組合，對(duì)于實(shí)現(xiàn)用模型精確預(yù)報(bào)霧霾的發(fā)生和形成來(lái)說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。盡管氣象臺(tái)也會(huì)在每年霧霾時(shí)發(fā)布預(yù)報(bào)，但通常只針對(duì)大區(qū)域，且污染源數(shù)據(jù)是通過(guò)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，不是最新數(shù)據(jù)。若要耦合到一個(gè)區(qū)域，比如京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角，甚至到一個(gè)城市，比如天津、上海，要做精確預(yù)報(bào)就更加困難。

        究其原因，毛洪鈞認(rèn)為并非是國(guó)內(nèi)技術(shù)比國(guó)外落后?！爸饕蚴菄?guó)內(nèi)情況比國(guó)外復(fù)雜，包括上世紀(jì)50年代倫敦和加州的空氣污染，情況遠(yuǎn)沒(méi)我們今天那么復(fù)雜?！币虼耍懊闇?zhǔn)”霧霾，就必須先掌握好區(qū)域尺度的實(shí)時(shí)污染源數(shù)據(jù)，依托于超級(jí)計(jì)算平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)性更好的預(yù)報(bào)模型?！氨O(jiān)測(cè)設(shè)施不一定都要增加，關(guān)鍵是有了超算能力之后，處理氣象條件的能力會(huì)特別突顯，因?yàn)闅庀蟮倪\(yùn)算量很大。包括如果要做精細(xì)的污染源清單解析、做動(dòng)態(tài)清單的時(shí)候，排放的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化也很大，也需要一個(gè)大的超算能力?！?/p>

為地方治霾決策提供支持

        但該系統(tǒng)并非止步于實(shí)現(xiàn)霧霾的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。其更長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃是，為霧霾治理提供政策咨詢(xún)報(bào)告或決策建議，推動(dòng)區(qū)域合理布局，實(shí)現(xiàn)從源頭上減少霧霾的發(fā)生。

        “地方政府對(duì)這些預(yù)測(cè)結(jié)果非常感興趣?！?孟祥飛稱(chēng)，像廊坊、保定、唐山等，在霧霾治理過(guò)程當(dāng)中非常需要這些結(jié)果，他們并沒(méi)有能力來(lái)構(gòu)建這么大的平臺(tái)，研發(fā)相關(guān)技術(shù)。但通過(guò)數(shù)據(jù)共享，地方政府可以構(gòu)建一個(gè)區(qū)域性的發(fā)布平臺(tái)。

        長(zhǎng)期來(lái)看，一些地方政府在未來(lái)治霾中可能需要一些定制化的需求，比如想知道污染主要來(lái)自哪里，地區(qū)內(nèi)有哪些主要污染源，周邊地區(qū)又有多大影響，超算預(yù)測(cè)平臺(tái)都可提供定制化的服務(wù)，為治霾決策提供支持。

        毛洪鈞舉例稱(chēng)，“比如這里有三個(gè)主要電廠。三根煙囪，它的二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放，對(duì)這個(gè)地區(qū)的空氣質(zhì)量、國(guó)控站的影響單一地都能分析出來(lái)，這個(gè)電廠貢獻(xiàn)了20%，那個(gè)7%，那個(gè)1%，移動(dòng)源貢獻(xiàn)多少，跨界輸送貢獻(xiàn)多少，如果我們能把每一個(gè)主要污染源、每一類(lèi)污染源對(duì)這個(gè)地區(qū)空氣質(zhì)量逐時(shí)、逐地的影響都精準(zhǔn)描述出來(lái)，那對(duì)一個(gè)地方政府制定政策來(lái)改善地區(qū)空氣質(zhì)量來(lái)說(shuō)，就很容易著手?！?/p>

        “比如我拆了這個(gè)工廠，原本想達(dá)到一個(gè)什么目標(biāo)，但結(jié)果往往達(dá)不到。因?yàn)檫@只是一個(gè)直觀的概念。那么我們通過(guò)計(jì)算，能模擬評(píng)估出一個(gè)大概的效果，以及拆了這個(gè)工廠，對(duì)這個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展會(huì)產(chǎn)生什么影響，這是一個(gè)綜合性的考慮?！泵舷轱w稱(chēng)。

        對(duì)于霧霾預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)所占用的超算資源，超算天津中心表示，10%-20%是一個(gè)平均值。如果要在短時(shí)間里要做出一個(gè)高效預(yù)報(bào)或做一個(gè)復(fù)雜的模型，所涉數(shù)據(jù)量很大，甚至可能在前期把所有備用計(jì)算資源都為它所用。但如果只是一些日常運(yùn)行，在霧霾沒(méi)有突出表現(xiàn)的情況下，也沒(méi)必要把這么大的資源一直占用下去。

        毛洪鈞表示，“國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度可以說(shuō)在兩到三年里就增加了一代。所以雖然中國(guó)面臨著人類(lèi)歷史上最困難的環(huán)境保護(hù)工作，但是我們也在這個(gè)階段享有了人類(lèi)科技發(fā)展擁有的最新手段和技術(shù)。如何把它們整合起來(lái)，解決一些問(wèn)題，突破一些關(guān)鍵瓶頸，是對(duì)執(zhí)政水平的一個(gè)考驗(yàn)?！?/p>

        科技部社會(huì)發(fā)展司相關(guān)人員對(duì)澎湃新聞（m.nxos.com.cn）表示，這套霧霾監(jiān)測(cè)研發(fā)系統(tǒng)未來(lái)直接就在中國(guó)氣象局業(yè)務(wù)化了。也就是說(shuō)，系統(tǒng)完全建立后，中國(guó)氣象局會(huì)直接向公眾提供霧霾天氣預(yù)測(cè)。