“天河”让雾霾不再乌乌涂涂
本版照片 本报记者 王涛 摄
入冬以来，雾霾来势汹汹，面对十面“霾”伏，我们到底应该怎么打？近日，在天津滨海新区的国家超级计算天津中心，一项名为“我国雾霾监测与数值预报模式系统研究”的项目已悄然启动，该研究致力于实现全国、区域、城市联动的雾霾预报与预警，将建立京津冀、长三角和珠三角区域出现强雾霾时的应急监控对策系统，逐步完成雾霾形成原因的分析、预报雾霾的发生，力求三年至五年最终实现用模型精确预报雾霾的发生和形成。
日前，记者专程走访了国家超级计算天津中心，探秘未来的雾霾精准预报将如何诞生。
精准预报 具体到一个城市、一个点位
我们常会听到天气预报报告未来一段时间可能出现雾霾天气，也经常会在网上看到关于空气质量的报告，目前，气象部门已经能够提前24至48小时甚至更长时间预报雾霾的发生，一般可以达到60%至80%的准确率。
气象专家表示，当前我国雾霾的预报主要是侧重于能见度，而空气质量的预报主要是对空气中的悬浮颗粒物如PM2.5的浓度进行监测。影响雾霾的主要因素有工业烟尘排放、汽车尾气、建筑工地和道路扬尘、生活取暖排放以及农村的秸秆燃烧等等；另外，影响空气流动的城市建筑布局、区域的地理情况、气象特性也是影响雾霾的主要因素。我国现有的环境管理和监测体系已经基本能够准确地监测甚至预测到雾霾的出现，对污染源情况也有了比较清晰地了解，能够实现在线监测。可以说，现在进行雾霾精准预报的基本条件已经具备。
研究雾霾的工作主要包括三个方面：分析雾霾产生的原因，研究预报雾霾的技术方法，为治理雾霾提供科学的依据。
现有的预报结果让人们看到了雾霾的模糊“身影”。但如果要完全准确地回答出雾霾的具体来源、成因和预测爆发的时点，还有一系列难题亟待解决。
比如，现在生活中的空气污染总是不断变化的，城市中旧的污染源消灭了，新的污染源又在生成，到处是新建的工地和开挖的道路，每天都有新买的汽车开上道路，如果遇到堵车，拥堵路段的尾气排放几乎无法估算……这些污染源的数据无比庞杂，而且每时每刻都处于更新状态。如此种种，不一而足，要想全盘掌握，其难度可想而知。
记者来到国家超级计算天津中心时，二层展厅占据了一面墙的超大显示屏上正在演示一个已研发完成的全球气象变化预报系统，白色的气流和云团在地球表面不断流动。在“天河一号”上，通过并行计算优化，该系统的运算速度比以前提高了超过100倍。就在这个大屏幕后面的机房里，“天河一号”超级计算机正在快速运转。“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。” 国家超级计算天津中心主任刘光明告诉记者。
“我们要把天气预报、雾霾预报和污染源的监控情况一起放到‘天河一号’超级计算机上，建立综合的数值模拟模型，形成一个实时的、大范围的、高精度的、时效性强的雾霾监测预报系统。”他说，“我们联合国内相关领域的顶级专家组成了研究团队。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。”
精确打击 根据预报“定点清除”污染源
“我们面临的现实状况是，预报了雾霾天气后，不知道该怎么办，缺乏有效的应急预案和解决措施。”
在天津超算中心办公室，记者见到了从北京匆匆赶来的中国气象科学研究院国家“千人计划”专家龚山陵博士，“这就是我们构建雾霾监测与数值预报模式系统将要做的事情，即精确地、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。”
另一位参与此项研究的南开大学城市交通污染防治研究中心主任、国家“千人计划”专家毛洪钧教授向记者展示了他正在攻关的一套道路交通尾气排放的监测系统。
在这套系统中，地图上标注出了城市中每个监测站点的位置，通过路面摄像头的监控，在汽车行驶的同时就把车的大小、型号统计起来，然后自动计算出它的排量。再加上环境中污染浓度和气象水平等数据，最终得出机动车实时排放的尾气污染物情况。“这套系统每五分钟进行一次刷新，得出的污染数据，将传送到‘天河一号’上，提供给综合数据模型，最终算出汽车尾气排放对雾霾形成的具体影响。”毛洪钧说。
目前各地对于雾霾问题采取的政策与措施，并没有统一优化的、可量化考核结果的监测和管理手段，大多数是停留在“总量减排”阶段。面对雾霾来袭，直接关停一些厂矿、锅炉，限制一些汽车出行，就能够有效减少甚至杜绝雾霾的发生吗？
当然没有这么简单。“实践证明，有的地方关停了一些工厂、拆除了一些烟囱，雾霾的情况依然严重。”龚山陵否定了减排即是减霾的简单逻辑关系。“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。”
“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。”毛洪钧补充。
精算雾霾
云计算、大数据
摸清雾霾“家底”
“应对我国大面积雾霾集中爆发的情况，小到一百平方公里的城市，大到联防联控的数千平方公里的地区如长三角、珠三角，要做到精准预测雾霾，需要集中大量数据，要有非常强大的计算能力支撑。”毛洪钧说：“假如我们接到预报，明天可能出现大面积严重雾霾，那么我们需要关停多少家污染企业才管用？需要提前多少小时关停？这些非常具体的问题，就需要依靠‘天河一号’来解决。”
作为我国首个国家级超级计算中心，国家超级计算天津中心部署了2010年11月世界超级计算机TOP500排名第一的“天河一号”超级计算机，现在已经成为我国超级计算、云计算、大数据等高端信息技术的领航区，成为我国重大前沿技术创新、重大基础科学研究新的支撑平台。
“我们在‘天河一号’上构建的是一个研发和测试平台，利用‘天河一号’强大的计算能力，把雾霾监测预报系统做得更精准、更高效。”刘光明介绍，研发团队将利用一个月左右时间，将现有的空气质量智能管理平台和实时在线污染源排放监测系统迁移到“天河一号”上，再利用二年至三年的时间，与环保部门合作，逐步扩大采集污染数据的范围，提高采集的精度，逐渐从城市到区域再到全国，不断优化雾霾预报和预警技术，最终完成一个可以日常性预报雾霾的基本系统，为气象及环保部门进行日常性雾霾预报工作打下坚实的技术基础。
据了解，国家超级计算天津中心除了有“天河一号”超级计算机外，经过近几年发展，已经搭建起“天河云计算平台”和“天河大数据平台”，“天河一号”与云计算和大数据相结合，就能在雾霾的预警预报过程中快速收集和存储海量的污染源数，采用先进的大数据分析技术，快速完成预警预报的复杂计算工作。这种超强的综合的数据收集、存储和处理能力，比一般的高性能计算机系统的能力要强大数十倍甚至百倍。
“精准的预报必须和应急措施实施及短、中期减排计划结合在一起才有更现实的意义，针对形成雾霾的具体原因及时制定措施需要运算能力强大的计算机系统，不是每个城市都有能力提供的。”毛洪钧说：“希望通过‘天河’平台的监测预报结果，能够对雾霾进行准确有效地干预和治理，将雾霾大面积高频率的爆发控制在未来两到三年时间里，经过治理，再往后出现的频率可能就不会这么高了。”