超算助擒雾霾“元凶”

“北京风光，千里雾霾，万里尘飘……空气如此糟糕，引无数美女戴口罩”，这首被改编的《沁园春》诗词，由中科院院士、全国政协委员姚檀栋当着国家主席的面背完之后，在会场引发了一片笑声。在近两年的“两会”上，雾霾成为了大家热议的话题，一些参加两会的人士表示，现在开完会之后，只想早早离开北京这座 “雾都”。雾霾的现象日趋严重，对人身健康也形成严重的威胁。同为中科院院士的钟南山表示，空气污染如果不能得到重视，若干年后肿瘤患者可能呈几何级数增长。

目前唯有尽快查出这场覆盖大江南北的 “雾霾”灾难背后的元凶是什么，才能真正阻止雾霾的蔓延。

超算治霾显身手

对于京津冀地区大面积雾霾形成的原因探究一直是个难题，最新的结果是北京市环保局公布的数据：北京全年产生的PM2.5大概有1/4是外部传输影响的，机动车占22%，燃煤、工业合计约16%，扬尘15%，再有5%是农业、秸秆燃烧，餐饮油烟等其他。

科技分析雾霾的成因已经是大势所趋。2013年底武汉市首次公布了武汉雾霾来源的构成，其中排名前三的是，汽车尾气占23%，工业生产占21%，扬尘占17%，日常生活占5%。据了解，针对雾霾形成原因，武汉市环保局已委托北大、清华等高校的科研机构，联合研究武汉雾霾的源头（即“源解析”）。目前“源解析”的方式在国内其他城市也颇受欢迎，将“源解析”项目的“秘密武器”――空气颗粒物的手动采样器充电之后，空气就被吸进去，经过盒内的撞击和沉淀，空气中颗粒物会被吸附在滤膜上，经过抽气泵的工作，颗粒物在滤膜上都会留下深色圆点的印记。经过连续采样，就能取出滤膜进行数据分析。环保专家说，通过实验室分析采集的PM2.5样本，就能对应到相应污染源，从而有的放矢指导污染治理。

与此同时，中科院、国家气象中心、天津超算中心等机构在2013年底悄然启动了一项名为“我国雾霾监测与数值预报模式系统研究”的项目，该研究致力于实现全国、区域、城市联动的雾霾预报与预警。据了解，这一系统利用了天津国家超算中心的“天河一号”的计算资源，通过并行计算优化，运算速度比以前提升了100倍。

国家超级计算天津中心应用研发部部长孟祥飞博士分析说，“雾霾的形成是一个大区域、多物理过程，不同大区域之间的雾霾在某种程度上是相互关联的，同时它还涉及大气物理、化学、生物、陆地与大气耦合等多种因素。”研究者们将在超级计算机上综合各项实际影响因素，建立数值模拟模型，把模拟结果与实际观测数据对照后修改、完善模型，可望通过三至五年的努力，最终实现用模型精确预报雾霾的发生和形成。

据记者了解，在为社会提供决策的同时，目前该中心已经利用这些研究成果带来了巨大的经济效益，辐射区域和行业近百亿元规模。

精确定点分析

目前治理雾霾的难点是，城市的污染源是在不断变化的，旧的污染点被消灭了，新的污染点又会产生，工厂、工地、交通、汽车尾气等各种城市污染源都在更新，这些污染源的数据量极大，要想全部掌握并精确分析，难度非常大。

在天津超算中心“天河一号”上，通过并行计算优化运算速度比以前提高了超过100倍。“现在人们听到的雾霾预报一般都是针对全国大区域范围内，如果要具体到一个城市、一个点位，需要几何级数量增长的数据采集和计算，这就要依靠‘天河一号’超级计算机来完成。” 孟祥飞博士告诉记者，这个雾霾监测与数值预报模式系统在“天河一号”上构建完成后，将达到世界先进水平。今后将能对雾霾的生成和爆发做出高精度的预警预报，为治理雾霾提供符合实际情况的科学决策的依据。

举例说，假如某地考虑关闭炼钢厂，利用这项研究成果能够就工厂关闭后该区域雾霾减控效果作出评估，有助于准确定位雾霾发生原因，推动区域规划合理化。这项研究使用了“天河一号”10%至20%的计算资源，曾为中国摘得首枚超算“金牌”的“天河一号”投入使用3年来，在航空航天、气候预测、海洋环境模拟分析、新材料新能源等重大科技创新领域已经取得了一批具有国际先进水平的应用成果。

另一方面，预报雾霾之后，很多政府部门和企业缺乏有效的应急预案和解决措施，通过超算平台能够解决这一难题。它能精确地、定点定量地给出解决方案，具体到哪些污染源应该怎么减，能够让决策机构选择一个最合理、最经济、最有效的方案来减少雾霾和治理雾霾。

实践证明，形成雾霾的污染物排放到空气中后，气象条件、大气过程都对其有影响。雾霾的形成不是单纯某一个污染源或者某一方面因素造成的，而是一个综合工程，不能简单等同于总量减排。孟博士最后表示，“我们在‘天河’上构建起这套雾霾精准预报系统后，所有的污染源都能精确到具体点位，计算出其对整体雾霾水平的‘贡献’，再通过大气化学反应机制和扩散转移迁移变化，对空气质量进行计算机模拟，最后回过头来就能对污染源给出一个优化的解决方案。”