原標題：新一代空氣質量形式將年夜幅晉陞預報精度
若何才幹加倍科學精準地預測年夜氣淨化？這是生態環境和氣象學領域的一年夜難題。
為清楚決這個難題，國內外研討者開發出多種空氣質量形式。
空氣質量形式是一種復雜的年夜氣仿真系統。其道理是通過模擬淨化物在年夜氣中的傳輸、化學轉化、沉降遷移等過程，幫助研討者研討空氣質量變化規律和機理，開展空氣質量評估和預報。
往年11月，我國發布新一代空氣質量形式——排放與年夜氣過程集成耦合社區形式（EPICC-Model）。
不久前，這項由我國科學家依托國家嚴重科技基礎設施“寰”自立研發的結果，進選了中國科協生態環境產學聯合體發布的2024年度中國生態環境十年夜科技進展。
“寰”供給強年夜支撐平臺
年夜氣淨化管理，離不開科學精準的年夜氣淨化預報。長期以來，年夜氣淨化預報都是一項科研難題，而對爆發式淨化增長、重淨化構成過程等進行精準預報，更是一種挑戰。
“以往，研討者普通通過對年夜氣化學組分的模擬剖析，得出年夜氣淨化情況結論。但預測結果與現實誤差往往較年夜。”中國科學院年夜氣物理研討所研討員王自發說。
為了獲得加倍科學精準的年夜氣淨化預報，開辟新的預測方式勢在必行。
“空氣質量形式是綜合表征淨化物排放、年夜氣物理和化學過程的焦點東西，是年夜氣淨化精準預報與科學調控的主要基礎。空氣質量形式可用于灰霾、酸雨等環境問題的成因剖析和淨化溯源，并可對淨化過程進行預警。”王自發介紹。
是以，國內外都在空氣質量形式方面布局研發氣力。
但是，比擬國外空氣質量形式研發現狀，我國空氣質量形式研發存在三年夜凸起問題：一是研發資源疏散，導致重復建設；二是原創新機制集成度低；三是區域復合淨化預報準確率缺乏。“這些問題嚴重包養制約了國產空氣質量形式的國際競爭力。”王自發說。
位于懷柔科學城的國家嚴重科技基礎設施“寰”為扭轉這一局勢帶來了盼望。
“寰”是由中國科學院年夜氣物理研討所牽頭建設的地球系統數值模擬裝置，可模擬年夜氣圈、水圈、生物圈等10個圈層的彼此感化。
中國科學院年夜氣物理研討所研討員鄭飛表現：“‘寰’就是一個數字模擬地球，可以把從古到今到未來的這些年夜氣、陸地的變化模擬出來，相當于把地球裝進了實驗室。”
2023年末“寰”面向全球開源發布，這意味著全世界的科研人員都可以向“寰”提出關于地球氣候的問題，并獲得“寰”的答覆。
依托“寰”，基于中國科學院年夜氣物理研討所20多年研發嵌套網格空氣質量預報形式NAQPMS的經驗，中國科學院年夜氣物理研討所的研討人員聯合來自北京年夜學、清華年夜學、南京信息工程年夜學、暨南年夜學等機構的研討人員組建開放團隊，開始自立研發新一代國產空氣質量形式EPICC-Model。
三年夜創新實現技術跨越
在EPICC-Model的研發過程中，上述團隊通過三年夜創新實現了技術跨越。
起首是打造我國年夜氣環境數值形式開源底座。
王自發介紹，研討團隊采取了“插拔式”模塊架構構建技術。“插拔式”模塊，淺顯來說就是把復雜設備拆分紅獨立的“小零件”，用的時候插上，不消或壞了就拔失落，讓復雜設備的運維像搭積木一樣靈活便利。
基于“插拔式”模塊架構理念，研發團隊樹立了完美的版本把持治理體系，開發出化學動力學模擬求解器，分布式內存并行（MPI）與異構計算混雜并行算法，以及異構平臺數據融會技術，最終保證了開源底座的規范性、靠得住性、可維護性、可擴展性及高效計算等，打造出我國年夜氣環境數值形式開源底座。
“基于這個開源底座，研發團隊實現20余家科研機構高效協同創新，首創我國開放式協同研發新范式，并將全國范圍空氣質量模擬精度從幾十公里晉陞至3公里。”王自發說。
其次是衝破理化機理協同耦合技術瓶頸。
研發團隊創新性地提出年夜氣理化機制耦合方式。什么是理化機制耦合方式？打個比喻，年夜氣是一鍋“湯”，里面既觸及“水怎么翻滾”的物理問題，又有“調料怎么融會”的化學問題。理化機制耦合方式，就是研討湯里的水和調料在一路后會發生何種反應，最后會“煮”出怎樣的天氣或淨化的“滋味”。這需求計算機同時模擬這兩套過程，并讓它們“互通訊息”。
王自發說：“新方式初次實現多源觀測數據對復雜理化新機制的協同約束，衝破了傳統方式中參數不確定性年夜、普適性缺乏的關鍵瓶頸，霸佔硫酸鹽非均相化學機制、活性氮源匯新機制、靜穩邊界層湍流參數化計劃以及氣溶膠—邊界層雙向反饋機制等復合淨化特有焦點機制的融會難題。”
得益于年夜氣理化機制耦合方式，研發團隊最終解決了微觀過程與宏觀建模的協同難題，使我國區域淨化預報精度獲得包養行情顯著晉陞。
最后是霸佔源排放—理化過程實時耦合難題。
研發團隊衝破了淨化源動態反演與精細管控的技術瓶頸，實現了從“靜態預算”到“動態反演”的技術跨越。
最終，研發團隊勝利研制出了EPICC-Model，該模子總計有20余萬過程序代碼，能科學公道表征氮氧化物、臭氧、細顆粒物（PM2.5）等重要年夜氣淨化物的產生和消散等演變過程。
將成環境管理無力東西
EPICC-Model的勝利研制，帶來了顯著生態環境效益——使PM2.5及其組分模擬準確度晉陞40%以上，重點地區臭氧8小時模擬誤差把持在20%以內。該模子還支撐“沙塵暴—酸雨—臭氧—PM2.5”多淨化類型的協同模擬，可年夜幅晉陞我國區域淨化預報才能。
基于EPICC-Model，研發團隊還包養構建了公里級年夜氣環境預報溯源系統，支撐日常預報、重淨化應急預警，以及國家嚴重活動保證等。據介紹，2024年，我國短期空氣質量等級預報準確率達80%以上。在黨的二十年夜召開期間以及北京冬奧會期間，EPICC-Model在空氣質量保證中發揮了主要感化。
EPICC-Model的勝利研發，是國家天然科學基金嚴重研討計劃的三個代表性結果之一，也是2024年懷柔綜合性國家科學中間嚴重結果。截至今朝，在研發EPICC-Model的過程中研討人員已發表論文30余篇。
據介紹，EPICC-Model代碼及相關再剖析數據集已經公開共享。截至今朝，數據已被american、法國、德國、韓國等10余個國家研討團隊下載應用。“這不僅為重點區域年夜氣淨化管理及減污降碳等政策制訂供給了關鍵技術支撐，也推動了人工智能模子在環境管理領域的創新應用。”王自發說。
“EPICC-Model代碼開源共享，包養目標在于為年夜氣環境模擬及相關研討供給一個協同開發、集成耦合的開放平臺，助力晉陞我國空氣質量形式的自立研發效力和先進性，為更好開展年夜氣環境管理供給無力的科技支撐。”王自發說。
值得一提的是，EPICC-Model的開源發布標志著我國空氣質量形式研發打破了以往單個研討團隊主導的研發方法，并步進了協同開發、一起配合共贏的嶄新階段。“未來，我們會按期進行數據更換新的資料，把EPICC-Model變成公共的科學模子。”王自發說。
中國科學院院士、北京年夜學環境科學與工程學院傳授朱彤表現：“EPICC-Model將凝集全國甚至全球科學家氣力，面向水土氣淨化綜合管理，新淨化物和重金屬管理等問題開展技術攻關，為建設漂亮中國和全球環境管理供給強無力的科學東西。”
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