霧霾隨時突擊，其最大元兇也撲朔迷離。澎湃新聞（www.usamodel.cn）獲悉，為撥開迷霧，中國將千萬億次超級計算機“天河一號”投入治霾之戰(zhàn)。

        “利用超級計算機所構(gòu)建的是長效、高分辨率的霧霾預(yù)警預(yù)報平臺，最長時效可以預(yù)報未來5天的霧霾情況，分辨率可以精確到3-5公里。” 國家超級計算天津中心（下稱超算天津中心）應(yīng)用研發(fā)部部長孟祥飛博士對澎湃新聞（www.usamodel.cn）稱，過去如果要預(yù)報2天后的霧霾情況，要花24小時才能算出來。但利用超算能力，2小時就能計算出結(jié)果。

        舊霧霾預(yù)測技術(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，屏幕上用兩個網(wǎng)格就完全覆蓋了，無法測算到城市不同區(qū)域間PM2.5的不同情況。

        據(jù)孟祥飛介紹，以“天河一號”為支撐平臺的“霧霾監(jiān)測與數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)研究”目前已形成準業(yè)務(wù)化的預(yù)報平臺，與中國氣象局下屬的中國氣象科學(xué)研究院合作，每天發(fā)布華北地區(qū)的高精度霧霾預(yù)測結(jié)果。目前已在河北保定、廊坊開展試點，下一步，天津市也會納入測試。隨著當前試點范圍逐漸鋪開，未來3年有望形成全國性霧霾預(yù)警預(yù)報能力。

        由于超算中心不具備環(huán)境預(yù)報權(quán)限，這些預(yù)測結(jié)果并不對外公開，而是由當?shù)貧庀缶只颦h(huán)保局進行發(fā)布。

大數(shù)據(jù)助力霧霾監(jiān)測治理

        “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，超算中心相當于一個“綱”，用天河把各個學(xué)科都拉攏在一起，形成團隊做綜合檢測系統(tǒng)。據(jù)悉，該項研究由中國氣象科學(xué)研究院、國家氣象中心、清華大學(xué)、國家超級計算天津中心等單位合作開展，搭建出的數(shù)值模擬模型能夠提供更長期、更精準的霧霾預(yù)測，并為治理決策提供科學(xué)參考。

        曾為中國摘得首枚超算“金牌”的“天河一號”是中國首臺千萬億次超級計算機，峰值速度達每秒1206萬億次雙精度浮點運算（TFlops）。千萬億次是個什么概念呢？孟祥飛介紹說，“天河一號”每運行一小時就相當于全中國13億人340年的工作量，其存儲能力則可容納13億人每人拍一張高清晰度的數(shù)碼照片。“天河一號”在“算天”方面大有用武之地，每年的國際氣候變化大會，中方的大量數(shù)據(jù)基本都是通過“天河一號”計算得來。

        1月初，“天河一號”還獲得了2014年度國家科技進步特等獎。

        “我們?yōu)槭裁匆獏⑴c這個事情呢，是過去的應(yīng)用有這么一個基礎(chǔ)。從天河來講，氣象預(yù)報和氣候研究一直是我們重點的研究方向。對于霧霾來講，和氣象預(yù)報相關(guān)，但僅靠氣象預(yù)報是做不好霧霾預(yù)警預(yù)報的。”劉光明稱，霧霾監(jiān)測與預(yù)報綜合了氣象、環(huán)保與地理信息三大因素。“實際上我們和這幾塊都有合作，而且又有這種技術(shù)優(yōu)勢能把各個學(xué)科都攏在一起，形成一個團隊，想聯(lián)合起來做霧霾的預(yù)警預(yù)報，后來申請了國家科技部的一個支撐計劃。”

        作為“霧霾監(jiān)測與數(shù)值預(yù)報模式系統(tǒng)研究”的主要發(fā)起者之一，南開大學(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政府環(huán)保部門，具有豐富的建模項目經(jīng)驗。對于技術(shù)革新帶來的治理新路徑，毛洪鈞直言是環(huán)境問題不斷增壓導(dǎo)致的必然結(jié)果。

        “因為過去的環(huán)境沒到今天這么惡劣的程度。現(xiàn)在大家老說我們的污染也沒增加啊，和平時一樣，怎么這兩天又霧霾了呢？主要原因還是超過環(huán)境容量的污染物被不利的天氣情況激活了。這種情況就要依賴于對氣象的預(yù)警預(yù)報、建立氣象與排放之間的密切關(guān)系，這就更強烈地依賴于模型、模擬天氣狀況的大數(shù)據(jù)，更加依賴于超算這種技術(shù)手段。”

        毛洪鈞指出，在移動污染源快速增加的現(xiàn)實沖擊下，過去“誰污染誰治理”方針已經(jīng)無法完全發(fā)揮作用。“那就要依賴先進的技術(shù)手段來管理，比如說信息化、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、超算、大數(shù)據(jù)、云計算。這里邊挖掘出的信息比過去就要深入得多了。”得益于監(jiān)測分析技術(shù)的日漸成熟，傳統(tǒng)方法監(jiān)測不到或監(jiān)測很慢的數(shù)據(jù)現(xiàn)在可實現(xiàn)在線和實時監(jiān)測。“因此我們設(shè)想能不能以超算中心為平臺，建立一個BS系統(tǒng)（Brower/Server，指客戶機只需通過瀏覽器即可同數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互），通過云計算、大數(shù)據(jù)，把所有資源整合在一個框架下。只要地方有需要，在某種程度上可以利用這個公共平臺，提供地方政府決策所依賴的數(shù)據(jù)。”

        據(jù)孟祥飛介紹，做霧霾預(yù)警預(yù)報主要包括三大塊內(nèi)容。首先要建立污染源清單，比如一根工業(yè)煙囪、一輛城市里的機動車，每時每刻在不同的位置上排放多少污染。這相當于找“病因”，為后續(xù)的開方下藥先把好脈。第二步則是在超級計算機上綜合各項實際影響因素，建立數(shù)值模擬模型，把模擬結(jié)果與實際觀測數(shù)據(jù)對照后修改、優(yōu)化模型。

        以毛洪鈞所帶領(lǐng)團隊目前的攻關(guān)方向為例，“是從單一機動車排放的建模角度，演繹到整個道路上的排放。道路上的排放又構(gòu)成一個局域、區(qū)域或是城市尺度的東西，這就變成了一個交通污染線源。這種交通源打包組合以后，在城里不停地運動、不停地排放，構(gòu)成對空氣質(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、時空變化的精度如何，直接影響到后續(xù)工作能否達到預(yù)期的精準要求。這整個過程里牽涉的模型非常之多。”毛洪鈞稱。

        前述兩位參與該系統(tǒng)研究的專家均表示，雖然此前各地都在搞系統(tǒng)、搞清單、搞模型，但依然沒有真正建立起準確的排放清單與空氣質(zhì)量在不同天氣狀態(tài)下的組合，對于實現(xiàn)用模型精確預(yù)報霧霾的發(fā)生和形成來說還遠遠不夠。盡管氣象臺也會在每年霧霾時發(fā)布預(yù)報，但通常只針對大區(qū)域，且污染源數(shù)據(jù)是通過歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計得出，不是最新數(shù)據(jù)。若要耦合到一個區(qū)域，比如京津冀、長三角、珠三角，甚至到一個城市，比如天津、上海，要做精確預(yù)報就更加困難。

        究其原因，毛洪鈞認為并非是國內(nèi)技術(shù)比國外落后。“主要原因是國內(nèi)情況比國外復(fù)雜，包括上世紀50年代倫敦和加州的空氣污染，情況遠沒我們今天那么復(fù)雜。”因此，要“瞄準”霧霾，就必須先掌握好區(qū)域尺度的實時污染源數(shù)據(jù)，依托于超級計算平臺開發(fā)實時性更好的預(yù)報模型。“監(jiān)測設(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特別突顯，因為氣象的運算量很大。包括如果要做精細的污染源清單解析、做動態(tài)清單的時候，排放的數(shù)據(jù)動態(tài)變化也很大，也需要一個大的超算能力。”

為地方治霾決策提供支持

        但該系統(tǒng)并非止步于實現(xiàn)霧霾的精準預(yù)測。其更長遠的規(guī)劃是，為霧霾治理提供政策咨詢報告或決策建議，推動區(qū)域合理布局，實現(xiàn)從源頭上減少霧霾的發(fā)生。

        “地方政府對這些預(yù)測結(jié)果非常感興趣。” 孟祥飛稱，像廊坊、保定、唐山等，在霧霾治理過程當中非常需要這些結(jié)果，他們并沒有能力來構(gòu)建這么大的平臺，研發(fā)相關(guān)技術(shù)。但通過數(shù)據(jù)共享，地方政府可以構(gòu)建一個區(qū)域性的發(fā)布平臺。

        長期來看，一些地方政府在未來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)測平臺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，“比如這里有三個主要電廠。三根煙囪，它的二氧化硫、氮氧化物、顆粒物排放，對這個地區(qū)的空氣質(zhì)量、國控站的影響單一地都能分析出來，這個電廠貢獻了20%，那個7%，那個1%，移動源貢獻多少，跨界輸送貢獻多少，如果我們能把每一個主要污染源、每一類污染源對這個地區(qū)空氣質(zhì)量逐時、逐地的影響都精準描述出來，那對一個地方政府制定政策來改善地區(qū)空氣質(zhì)量來說，就很容易著手。”

        “比如我拆了這個工廠，原本想達到一個什么目標，但結(jié)果往往達不到。因為這只是一個直觀的概念。那么我們通過計算，能模擬評估出一個大概的效果，以及拆了這個工廠，對這個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展會產(chǎn)生什么影響，這是一個綜合性的考慮。”孟祥飛稱。

        對于霧霾預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)所占用的超算資源，超算天津中心表示，10%-20%是一個平均值。如果要在短時間里要做出一個高效預(yù)報或做一個復(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算資源都為它所用。但如果只是一些日常運行，在霧霾沒有突出表現(xiàn)的情況下，也沒必要把這么大的資源一直占用下去。

        毛洪鈞表示，“國內(nèi)計算機的運算速度可以說在兩到三年里就增加了一代。所以雖然中國面臨著人類歷史上最困難的環(huán)境保護工作，但是我們也在這個階段享有了人類科技發(fā)展擁有的最新手段和技術(shù)。如何把它們整合起來，解決一些問題，突破一些關(guān)鍵瓶頸，是對執(zhí)政水平的一個考驗。”

        科技部社會發(fā)展司相關(guān)人員對澎湃新聞（www.usamodel.cn）表示，這套霧霾監(jiān)測研發(fā)系統(tǒng)未來直接就在中國氣象局業(yè)務(wù)化了。也就是說，系統(tǒng)完全建立后，中國氣象局會直接向公眾提供霧霾天氣預(yù)測。