编者案科技立异是漂亮中国设置装备摆设的主要支撑。本年以来，多项触及生态情况范畴科技立异的主要文件发布，为周全实现绿色低碳科技自主自强提供了越发完美的顶层设计。据此，本报开设“技能破题绿见将来”栏目，拔取运用效果显著、远景广漠的生态范畴科技项目案例举行解读。
【技能破题 绿见将来】
科技日报记者 代小佩
怎样才能越发科学精准地猜测年夜气污染？这是生态情况及景象形象学范畴的一浩劫题。
为相识决这个难题，海内外研究者开发出多种空气质量模式。
空气质量模式是一种繁杂的年夜气仿真体系。其道理是经由过程模仿污染物于年夜气中的传输、化学转化、沉降迁徙等历程，帮忙研究者研究空气质量变化纪律及机理，开展空气质量评估及预告。
去年11月，我国发布新一代空气质量模式——排放与年夜气历程集成耦合社区模式（EPICC-Model）。
不久前，这项由我国科学家依托国度庞大科技基础举措措施“寰”自立研发的结果，入选了中国科协生态情况产学结合体发布的2024年度中国生态情况十年夜科技进展。
“寰”提供强盛支撑平台
年夜气污染管理，离不开科学精准的年夜气污染预告。持久以来，年夜气污染预告都是一项科研难题，而对于发作式污染增加、重污染形成历程等举行精准预告，更是一种挑战。
“以往，研究者一般经由过程对于年夜气化学组分的模仿阐发，患上出年夜气污染环境结论。但猜测成果与实际误差往往较年夜。”中国科学院年夜气物理研究所研究员王自觉说。
为了获得越发科学精准的年夜气污染预告，斥地新的猜测要领势于必行。
“空气质量模式是综合表征污染物排放、年夜气物理及化学历程的焦点东西，是年夜气污染精准预告与科学调控的主要基础。空气质量模式可用在灰霾、酸雨等情况问题的成因阐发及污染溯源，并可对于污染历程举行预警。”王自觉先容。
是以，海内外都于空气质量模式方面结构研发气力。
然而，比拟外洋空气质量模式研发明状，我国空气质量模式研发存于三年夜凸起问题：一是研发资源分离，致使反复设置装备摆设；二是原立异机制集成度低；三是区域复合污染预告正确率不足。“这些问题严峻制约了国产空气质量模式的国际竞争力。”王自觉说。
位在怀柔科学城的国度庞大科技基础举措措施“寰”为旋转这一场合排场带来了但愿。
“寰”是由中国科学院年夜气物理研究所牵头设置装备摆设的地球体系数值模仿装配，可模仿年夜气圈、水圈、生物圈等10个圈层的彼此作用。
中国科学院年夜气物理研究所研究员郑飞暗示：“‘寰’就是一个数字模仿地球，可以把古往今来到将来的这些年夜气、海洋的变化模仿出来，相称在把地球装进了试验室。”
2023年末“寰”面向全世界开源发布，这象征着全球的科研职员均可以向“寰”提出关在地球天气的问题，并获得“寰”的回覆。
依托“寰”，基在中国科学院年夜气物理研究所20多年研发嵌套网格空气质量预告模式NAQPMS的经验，中国科学院年夜气物理研究所的研究职员结合来自北京年夜学、清华年夜学、南京信息工程年夜学、暨南年夜学等机构的研究职员组建开放团队，最先自立研发新一代国产空气质量模式EPICC-Model。
三年夜立异实现技能超过
于EPICC-Model的研发历程中，上述团队经由过程三年夜立异实现了技能超过。
起首是打造我国年夜气情况数值模式开源底座。
王自觉先容，研究团队采纳了“插拔式”模块架构构建技能。“插拔式”模块，通俗来讲就是把繁杂装备拆分成自力的“小零件”，用的时辰插上，不消或者坏了就拔失，让繁杂装备的运维像搭积木同样矫捷利便。
基在“插拔式”模块架构理念，研发团队成立了完美的版本节制治理系统，开发出化学动力学模仿求解器，漫衍式内存并行（MPI）与异构计较混淆并行算法，以和异构平台数据交融技能，终极保障了开源底座的规范性、靠得住性、可维护性、可扩大性和高效计较等，打造出我国年夜气情况数值模式开源底座。
“基在这个开源底座，研发团队实现20余家科研机构高效协同立异，首创我国开放式协同研发新范式，并将天下规模空气质量模仿精度从几十千米晋升至3千米。”王自觉说。
其次是冲破理化机理协同耦合技能瓶颈。
研发团队立异性地提出年夜气理化机制耦合要领。甚么是理化机制耦合要领？打个比喻，年夜气是一锅“汤”，内里既触及“水怎么翻腾”的物理问题，又有“调料怎么交融”的化学问题。理化机制耦合要领，就是研究汤里的水及调料于一路后会发生何种反映，末了会“煮”出如何的气候或者污染的“味道”。这需要计较机同时模仿这两套历程，并让它们“互通讯息”。
王自觉说：“新要领初次实现多源不雅测数据对于繁杂理化新机制的协同约束，冲破了传统要领中参数不确定性年夜、普适性不足的要害瓶颈，霸占硫酸盐非均相化学机制、活性氮源汇新机制、静稳界限层湍流参数化方案以和气溶胶—界限层双向反馈机制等复合污染特有焦点机制的交融难题。”
患上益在年夜气理化机制耦合要领，研发团队终极解决了微不雅历程与宏不雅建模的协同难题，使我国区域污染预告精度得到显著晋升。
末了是霸占源排放—理化历程及时耦合难题。
研发团队冲破了污染源动态反演与邃密管控的技能瓶颈，实现了从“静态估算”到“动态反演”的技能超过。
终极，研发团队乐成研制出了EPICC-Model，该模子共计有20余万行步伐代码，能科学合理表征氮氧化物、臭氧、细颗粒物（PM2.5）等重要年夜气污染物的孕育发生及消散等蜕变历程。
将成情况管理有力东西
EPICC-Model的乐成研制，带来了显著生态情况效益——使PM2.5和其组分模仿正确度晋升40%以上，重点地域臭氧8小时模仿偏差节制于20%之内。该模子还有撑持“沙尘暴—酸雨—臭氧—PM2.5”多污染类型的协同模仿，可年夜幅晋升我国区域污染预告能力。
基在EPICC-Model，研发团队还有构建了千米级年夜气情况预告溯源体系，支撑一样平常预告、重污染应急预警，以和国度庞大勾当保障等。据先容，2024年，我国短时间空气质量等级预告正确率达80%以上。于党的二十年夜召开时期以和北京冬奥会时期，EPICC-Model于空气质量保障中阐扬了主要作用。
EPICC-Model的乐成研发，是国度天然科学基金庞大研究规划的三个代表性结果之一，也是2024年怀柔综合性国度科学中央庞大结果。截至今朝，于研发EPICC-Model的历程中研究职员已经发表论文30余篇。
据先容，EPICC-Model代码和相干再阐发数据集已经经公然同享。截至今朝，数据已经被美国、法国、德国、韩国等10余个国度研究团队下载利用。“这不仅为重点区域年夜气污染管理和减污降碳等政策制订提供了要害技能支撑，也鞭策了人工智能模子于情况管理范畴的立异运用。”王自觉说。
“EPICC-Model代码开源同享，目的于在为年夜气情况模仿和相干研究提供一个协同开发、集成耦合的开放平台，助力晋升我国空气质量模式的自立研发效率及进步前辈性，为更好开展年夜气情况管理提供有力的科技支撑。”王自觉说。
值患上一提的是，EPICC-Model的开源发布标记着我国空气质量模式研发打破了以往单个研究团队主导的研发方式，并步入了协同开发、互助双赢的极新阶段。“将来，咱们会按期举行数据更新，把EPICC-Model酿成大众的科学模子。”王自觉说。
中国科学院院士、北京年夜学情况科学与工程学院传授朱彤暗示：“EPICC-Model将凝结天下以致全世界科学家气力，面向水土头土脑污染综合管理，新污染物及重金属管理等问题开展技能攻关，为设置装备摆设漂亮中国及全世界情况管理提供强有力的科学东西。”
-yibo(中国)
