超算助擒霧霾“元兇”

本刊記者｜姜紅德

“北京風光，千里霧霾，萬里塵飄……空氣如此糟糕，引無數美女戴口罩”，這首被改編的《沁園春》詩詞，由中科院院士、全國政協委員姚檀棟當著國家主席習近平的面背完之后，在會場引發了一片笑聲。在近兩年的“兩會”上，霧霾成為了大家熱議的話題，一些參加兩會的人士表示，現在開完會之后，只想早早離開北京這座 “霧都”。霧霾的現象日趨嚴重，對人身健康也形成嚴重的威脅。同為中科院院士的鐘南山表示，空氣污染如果不能得到重視，若干年后腫瘤患者可能呈幾何級數增長。

目前唯有盡快查出這場覆蓋大江南北的 “霧霾”災難背后的元兇是什么，才能真正阻止霧霾的蔓延。

超算治霾顯身手

對于京津冀地區大面積霧霾形成的原因探究一直是個難題，最新的結果是北京市環保局公布的數據：北京全年產生的PM2.5大概有1/4是外部傳輸影響的，機動車占22%，燃煤、工業合計約16%，揚塵15%，再有5%是農業、秸稈燃燒，餐飲油煙等其他。

科技分析霧霾的成因已經是大勢所趨。2013年底武漢市首次公布了武漢霧霾來源的構成，其中排名前三的是，汽車尾氣占23%，工業生產占21%，揚塵占17%，日常生活占5%。據了解，針對霧霾形成原因，武漢市環保局已委托北大、清華等高校的科研機構，聯合研究武漢霧霾的源頭（即“源解析”）。目前“源解析”的方式在國內其他城市也頗受歡迎，將“源解析”項目的“秘密武器”——空氣顆粒物的手動采樣器充電之后，空氣就被吸進去，經過盒內的撞擊和沉淀，空氣中顆粒物會被吸附在濾膜上，經過抽氣泵的工作，顆粒物在濾膜上都會留下深色圓點的印記。經過連續采樣，就能取出濾膜進行數據分析。環保專家說，通過實驗室分析采集的PM2.5樣本，就能對應到相應污染源，從而有的放矢指導污染治理。

與此同時，中科院、國家氣象中心、天津超算中心等機構在2013年底悄然啟動了一項名為“我國霧霾監測與數值預報模式系統研究”的項目，該研究致力于實現全國、區域、城市聯動的霧霾預報與預警。據了解，這一系統利用了天津國家超算中心的“天河一號”的計算資源，通過并行計算優化，運算速度比以前提升了100倍。

國家超級計算天津中心應用研發部部長孟祥飛博士分析說，“霧霾的形成是一個大區域、多物理過程，不同大區域之間的霧霾在某種程度上是相互關聯的，同時它還涉及大氣物理、化學、生物、陸地與大氣耦合等多種因素?！毖芯空邆儗⒃诔売嬎銠C上綜合各項實際影響因素，建立數值模擬模型，把模擬結果與實際觀測數據對照后修改、完善模型，可望通過三至五年的努力，最終實現用模型精確預報霧霾的發生和形成。

據記者了解，在為社會提供決策的同時，目前該中心已經利用這些研究成果帶來了巨大的經濟效益，輻射區域和行業近百億元規模。

精確定點分析

目前治理霧霾的難點是，城市的污染源是在不斷變化的，舊的污染點被消滅了，新的污染點又會產生，工廠、工地、交通、汽車尾氣等各種城市污染源都在更新，這些污染源的數據量極大，要想全部掌握并精確分析，難度非常大。

在天津超算中心“天河一號”上，通過并行計算優化運算速度比以前提高了超過100倍?！艾F在人們聽到的霧霾預報一般都是針對全國大區域范圍內，如果要具體到一個城市、一個點位，需要幾何級數量增長的數據采集和計算，這就要依靠‘天河一號’超級計算機來完成?！?孟祥飛博士告訴記者，這個霧霾監測與數值預報模式系統在“天河一號”上構建完成后，將達到世界先進水平。今后將能對霧霾的生成和爆發做出高精度的預警預報，為治理霧霾提供符合實際情況的科學決策的依據。

舉例說，假如某地考慮關閉煉鋼廠，利用這項研究成果能夠就工廠關閉后該區域霧霾減控效果作出評估，有助于準確定位霧霾發生原因，推動區域規劃合理化。這項研究使用了“天河一號”10%至20%的計算資源，曾為中國摘得首枚超算“金牌”的“天河一號”投入使用3年來，在航空航天、氣候預測、海洋環境模擬分析、新材料新能源等重大科技創新領域已經取得了一批具有國際先進水平的應用成果。

另一方面，預報霧霾之后，很多政府部門和企業缺乏有效的應急預案和解決措施，通過超算平臺能夠解決這一難題。它能精確地、定點定量地給出解決方案，具體到哪些污染源應該怎么減，能夠讓決策機構選擇一個最合理、最經濟、最有效的方案來減少霧霾和治理霧霾。

實踐證明，形成霧霾的污染物排放到空氣中后，氣象條件、大氣過程都對其有影響。霧霾的形成不是單純某一個污染源或者某一方面因素造成的，而是一個綜合工程，不能簡單等同于總量減排。孟博士最后表示，“我們在‘天河’上構建起這套霧霾精準預報系統后，所有的污染源都能精確到具體點位，計算出其對整體霧霾水平的‘貢獻’，再通過大氣化學反應機制和擴散轉移遷移變化，對空氣質量進行計算機模擬，最后回過頭來就能對污染源給出一個優化的解決方案?！?/p>