霧霾隨時突擊，其最大元兇也撲朔迷離。澎湃新聞（www.kxwhcb.com）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。

        “利用超級計算機所構建的是長效、高分辨率的霧霾預警預報平臺，最長時效可以預報未來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）應用研發部部長孟祥飛博士對澎湃新聞（www.kxwhcb.com）稱，過去如果要預報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小時就能計算出結果。

        舊霧霾預測技術的低分辨率則更為 “粗暴”，其30-50公里的分辨率，意味著像上海這樣規模的城市，屏幕上用兩個網格就完全覆蓋了，無法測算到城市不同區域間PM2.5的不同情況。

        據孟祥飛介紹，以“天河一號”為支撐平臺的“霧霾監測與數值預報模式系統研究”目前已形成準業務化的預報平臺，與中國氣象局下屬的中國氣象科學研究院合作，每天發布華北地區的高精度霧霾預測結果。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警預報能力。

        由于超算中心不具備環境預報權限，這些預測結果并不對外公開，而是由當地氣象局或環保局進行發布。

大數據助力霧霾監測治理

        “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”，用天河把各個學科都拉攏在一起，形成團隊做綜合檢測系統。據悉，該項研究由中國氣象科學研究院、國家氣象中心、清華大學、國家超級計算天津中心等單位合作開展，搭建出的數值模擬模型能夠提供更長期、更精準的霧霾預測，并為治理決策提供科學參考。

        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，中方的大量數據基本都是通過“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。

        “我們為什么要參與這個事情呢，是過去的應用有這么一個基礎。從天河來講，氣象預報和氣候研究一直是我們重點的研究方向。對于霧霾來講，和氣象預報相關，但僅靠氣象預報是做不好霧霾預警預報的。”劉光明稱，霧霾監測與預報綜合了氣象、環保與地理信息三大因素。“實際上我們和這幾塊都有合作，而且又有這種技術優勢能把各個學科都攏在一起，形成一個團隊，想聯合起來做霧霾的預警預報，后來申請了國家科技部的一個支撐計劃。”

        作為“霧霾監測與數值預報模式系統研究”的主要發起者之一，南開大學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保部門，具有豐富的建模項目經驗。對于技術革新帶來的治理新路徑，毛洪鈞直言是環境問題不斷增壓導致的必然結果。

        “因為過去的環境沒到今天這么惡劣的程度。現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警預報、建立氣象與排放之間的密切關系，這就更強烈地依賴于模型、模擬天氣狀況的大數據，更加依賴于超算這種技術手段。”

        毛洪鈞指出，在移動污染源快速增加的現實沖擊下，過去“誰污染誰治理”方針已經無法完全發揮作用。“那就要依賴先進的技術手段來管理，比如說信息化、物聯網、車聯網、超算、大數據、云計算。這里邊挖掘出的信息比過去就要深入得多了。”得益于監測分析技術的日漸成熟，傳統方法監測不到或監測很慢的數據現在可實現在線和實時監測。“因此我們設想能不能以超算中心為平臺，建立一個BS系統（Brower/Server，指客戶機只需通過瀏覽器即可同數據庫進行數據交互），通過云計算、大數據，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據。”

        據孟祥飛介紹，做霧霾預警預報主要包括三大塊內容。首先要建立污染源清單，比如一根工業煙囪、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，建立數值模擬模型，把模擬結果與實際觀測數據對照后修改、優化模型。

        以毛洪鈞所帶領團隊目前的攻關方向為例，“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。道路上的排放又構成一個局域、區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，構成對空氣質量的影響。這就建立了清單模型。清單模型是空氣質量模型、還原反應機制模型等模型中最基礎的數據。它的精度的好與壞、時空變化的精度如何，直接影響到后續工作能否達到預期的精準要求。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研究的專家均表示，雖然此前各地都在搞系統、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量在不同天氣狀態下的組合，對于實現用模型精確預報霧霾的發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布預報，但通常只針對大區域，且污染源數據是通過歷史數據統計得出，不是最新數據。若要耦合到一個區域，比如京津冀、長三角、珠三角，甚至到一個城市，比如天津、上海，要做精確預報就更加困難。

        究其原因，毛洪鈞認為并非是國內技術比國外落后。“主要原因是國內情況比國外復雜，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雜。”因此，要“瞄準”霧霾，就必須先掌握好區域尺度的實時污染源數據，依托于超級計算平臺開發實時性更好的預報模型。“監測設施不一定都要增加，關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、做動態清單的時候，排放的數據動態變化也很大，也需要一個大的超算能力。”

為地方治霾決策提供支持

        但該系統并非止步于實現霧霾的精準預測。其更長遠的規劃是，為霧霾治理提供政策咨詢報告或決策建議，推動區域合理布局，實現從源頭上減少霧霾的發生。

        “地方政府對這些預測結果非常感興趣。” 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果，他們并沒有能力來構建這么大的平臺，研發相關技術。但通過數據共享，地方政府可以構建一個區域性的發布平臺。

        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，地區內有哪些主要污染源，周邊地區又有多大影響，超算預測平臺都可提供定制化的服務，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，對這個地區的空氣質量、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空氣質量逐時、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空氣質量來說，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，對這個地區的經濟發展會產生什么影響，這是一個綜合性的考慮。”孟祥飛稱。

        對于霧霾預警預報系統所占用的超算資源，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報或做一個復雜的模型，所涉數據量很大，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境保護工作，但是我們也在這個階段享有了人類科技發展擁有的最新手段和技術。如何把它們整合起來，解決一些問題，突破一些關鍵瓶頸，是對執政水平的一個考驗。”

        科技部社會發展司相關人員對澎湃新聞（www.kxwhcb.com）表示，這套霧霾監測研發系統未來直接就在中國氣象局業務化了。也就是說，系統完全建立后，中國氣象局會直接向公眾提供霧霾天氣預測。