原題目：新一代空氣東西的品質形式將年夜幅晉陞預告精度
若何才幹加倍迷信精準地猜測年夜氣淨化？這是生態周遭的狀況和睦象學範疇的一浩劫題。
為清楚決這個困難，國際外研討者開闢出多種空氣東西的品質形式。
空氣東西的品質形式是一種復雜的年夜氣仿真體系。其道理是經由過程模仿淨化物在年夜氣中的傳輸、化學轉化、沉降遷徙等經過歷程，輔助研討者研討空氣東西的品質變更紀律和機理，展開空氣東西的品質評價和預告。
往年11月，我國發布新一代空氣東西的品質形式——排放與年夜氣經過歷程集成耦合社區形式（EPICC-Model）。
不久前，這項由我國迷信家依托國度嚴重科技基本舉措措施“寰”自立研發的結果，進選了中國科協生態周遭的狀況產學結合體發布的2024年度中國生態周遭的狀況十年夜科技停頓。
“寰”供給強盛支持平臺
年夜氣淨化管理，離不開迷信精準的年夜氣淨化預告。持久以來，年夜氣淨化預告都是一項科研困難，而對迸發式淨化增加、重淨化構成經過歷程等停止精準預告，更是一種挑釁。
“以往，研討者普通經由過程對年夜氣化學組分的模仿剖析，得出年夜氣淨化情形結論。但猜測成果與實際誤差往往較年夜。”中國迷信院年夜氣物理研討所研討員王自覺說。
為了獲得加倍迷信精準的年夜氣淨化預告，開辟新的猜測方式勢在必行。
“空氣東西的品質形式是綜合表征淨化物排放、年夜氣物理和化學經過歷程的焦點東西，是年夜氣淨化精準預告與迷信調控的主要基本。空氣東西的品質形式可用于灰霾、酸雨等周遭的狀況題目的成因剖析和淨化溯源，并可對淨化經過歷程停止預警。”王自覺先容。
是以，國際外都在空氣東西的品質形式方面布局研發氣力。
但是，比擬國外空氣東西的品質形式研發明狀，我國空氣東西的品質形式研發存在三年夜凸起題目：一是研發資本疏散，招致重復扶植；二是原立異機制集成度低；三是區域復合淨化預告正確率缺乏。“這些題目嚴重制約了國產空氣東西的品質形式的國際競爭力。”王自覺說。
位于懷柔迷信城的國度嚴重科技基本舉措措施“寰”為改變這一局勢帶來了盼望。
“寰”是由中國迷信院年夜氣物理研討所牽頭扶植的地球體系數值模仿裝配，可模仿年夜氣圈、水圈、生物圈等10個圈層的彼此感化。
中國迷信院年夜氣物理研討所研討員鄭飛表現：“‘寰’就是一個數字模仿地球，可以把古往今來到將來的這些年夜氣、陸地的變更模仿出來，相當于把地球裝進了試驗室。”
2023年末“寰”面向全球開源發布，這意味著全世界的科研職員都可以向“寰”提出關于地球天氣的題目，并獲得“寰”的答覆。
依托“寰”，基于中國迷信院年夜氣物理研討所20多年研發嵌套網格空氣東西的品質預告形式NAQPMS的經歷，中國迷信院年夜氣物理研討所的研討職員結合來自北京年夜學、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職員組建開放團隊，開端自立研發新一代國產空氣東西的品質形式EPICC-Model。
三年夜立異完成技巧跨越
在EPICC-Model的研發經過歷程中，上述團隊經由過程三年夜立異完成了技巧跨越。
起首是打造我國年夜氣周遭的狀況數值形式開源底座。
王自覺先容，研討團隊采取了“插拔式”模塊架構構建技巧。“插拔式”模塊，淺顯來說就是把復雜裝備拆分紅自力的“小零件”，用的時辰插上，不消或壞了就拔失落，讓復雜裝備的運維像搭積木一樣機動便利。
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系統，開闢出化學動力學模仿求解器，分布式內存并行（MPI）與異構盤算混雜并行算法，以及異構平臺數據融會技巧，終極保證了開源底座的規范性、靠得住性、可保護性、可擴大性及高效盤算等，打造出我國年夜氣周遭的狀況數值形式開源底座。
“基于這個開源底座，研發團隊完成20余家科研機構高效協同立異，開創我國開放式協同研發新范式，并將全國范圍空氣東西的品質模仿精度從幾十公里晉陞至3公里。”王自覺說。
其次是衝破理化機理協同耦合技巧瓶頸。
研發團隊立異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“水怎么翻騰”的物理題目，又有“調料怎么融會”的化學題目。理化機制耦合方式，就是研討湯里的水和調料在一路后會產生何種反映，最后會“煮”出如何的氣象或淨化的“滋味”。這需求盤算機同時模仿這兩套經過歷程，并讓它們“互通訊息”。
王自覺說：“新方式初次完成多源不雅測數據對復雜理化新機制的協同束縛，衝破了傳統方式中參數不斷定性年夜、普適性缺乏的要害瓶頸，霸佔硫酸鹽非均相化學機制、活性氮源匯新機制、靜穩鴻溝層湍流參數包養化計劃以及氣溶膠—鴻溝層雙向反應機制等復合淨化特有焦點機制的融會困難。”
得益于年夜氣理化機制耦合方式，研發團隊終極處理了微不雅經過歷程與微觀建包養網模的協同困難，使我國區域淨化預告精度取得明顯晉陞。
最后是霸佔源排放—理化經過歷程及時耦合困難。
研發團隊衝破了淨化源靜態反演與精緻管控的技巧瓶頸，完成了從“靜態預算”到“靜態反演”的技巧跨越。
終極，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，能迷信公道表征氮氧化物、臭氧、細顆粒物（PM2.5）等重要年夜氣淨化物的發生和消散等演化經過歷程。
將成周遭的狀況管理無力東西
EPICC-Model的勝利研制，帶來了明顯生態周遭的狀況效益——使PM2.5及其組分模仿正確度晉陞40%以上，重點地域臭氧8小時模仿誤差把持在20包養%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仿，可年夜幅晉陞我國區域淨化預告才能。
基于EPICC-Model，研發團隊還構建了公里級年夜氣周遭的狀況預告溯源體系，支持日常預告、重淨化應急預警，以及國度嚴重運動保證等。據先容，2024年，我國短期空氣東西的品質品級預告正確率達80%以上。在黨的二十年夜召開時代以及北京冬奧會時代，EPICC-Model在空氣東西的品質保證中施展了主要感化。
EPICC-Model的勝利研發，是國度天然迷信基金嚴重研討打算的三個代表性結果之一，也是2024年懷柔綜合性國度迷信中間嚴重結果。包養網截至今朝，在研發EPICC-Model的經過歷程中研討職員已頒發論文30余篇。
據包養網先容，EPICC-Model代碼及相干再剖析數據集曾經公然共享。截至今朝，數據已被美國、法國、德國、韓國等10余個國度研討團隊下載應用。“這不只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要害技巧支持，也推進了人工智能模子在周遭的狀況管理範疇的立異利用。”王自覺說。
“EPICC-Model代碼開源共享，目標在于為年夜氣周遭的狀況模仿及相干研討供給一個協同開闢、集成耦合的開放平臺，助力晉陞我國空氣東西的品質形式的自立研發效力和進步前輩性，為更好展開年夜氣周遭的狀況管理供給無力的科技支持。”王自覺說。
值得一提的是，EPICC-Model的開源發布標志著我國空氣東西的品質形式研發打破了以往單個研討團隊主導的研發方法，并步進了協同開闢、一起配合共贏的極新階段。“將來，我們會按期停止數據更換新的資料，把EPICC-Model釀成公共的迷信模子。”王自覺說。
中國迷信院院士、北京年夜學周遭的狀況迷信與工程學院傳授朱彤表現：“EPICC-Model將凝集全國甚至全球迷信家氣力，面向水土頭土腦淨化綜合管理，新淨化物和重金屬管理等題目展開技巧攻關，為扶植漂亮中國和全球周遭的狀況管理供給強無力的迷信東西。”
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