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中科院大气所用高性能计算“加速”解决雾霾天

   2015-12-23 中国节能网4300
核心提示:12月22日早上,大家都在谈论的话题,除了雾霾,还是雾霾。因为未来几天,北京又将遭遇严重雾霾,气象台已经发出红色预警!我们担忧、抱怨、甚至

12月22日早上,大家都在谈论的话题,除了雾霾,还是雾霾。因为未来几天,北京又将遭遇严重雾霾,气象台已经发出红色预警!我们担忧、抱怨、甚至恐慌,未来到底该怎么办?在这个超级复杂的大命题里,似乎谁都能批判几句。但大气污染非朝夕所致,也非朝夕得解。

这并不表示我们对雾霾什么都不能做。至少,我们知道在出门前查一下PM2.5的数值如何,决定是否要带口罩,是否取消跑步、是否要让孩子待在家里……。这说明,大气污染的数值依据对我们的生活很有参考价值。那么,大气污染的成因,污染物来源,如何预测、控制和治理,国家相关部门也需要更加精细的依据。

作为中国研究大气科学的最高学术机构,中国科学院大气物理研究所(简称中科院大气所),其自主研发的嵌套网格空气质量数值预报模式系统(NAQPMS),利用基于英特尔架构的高性能计算集群,可以实现中国及主要城市地区未来七天的空气质量预报,并通过污染传输数值模拟来定量解析大气污染来源。

日前,嵌套网格空气质量数值预报模式系统(NAQPMS)的主要研发人员之一,中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室副研究员 唐晓博士,在厦门接受了赛迪网的专访。

谈起大气污染预测,唐晓认为厘清大气污染时空演变规律与形成机理是大气污染防控和预测的前提,先进数值模式是支撑大气污染模拟与预测的核心研究工具,但要实现大气污染的精细化模拟与预测其实并不容易。

早在1997年,中科院大气所就建立了“城市空气质量数值预报模式系统”,实现了天津、沈阳等地一次污染物的数值预报。随着时间推移以及我国大气污染排放格局的变化,我国大气污染已由之前的煤烟型污染为主,转变为以臭氧和PM2.5为典型代表的大气复合污染,一次污染物经化学反应也发展成二次污染物,这些污染物排放量,它们之间的化学演变规律、当时当地的气象条件等等都要加入到预报中。其过程复杂,计算量巨大,因此需要高性能计算来解决。

而以东亚45km、全国15km、京津冀5km为例,对超过100多种大气化学成分的浓度及其他气象要素进行分析,平均每日需要计算的数量约300GB,没有高性能计算技术的支持,这样规模的计算量是无法想象的。

正像我们前面提到的,精细化模拟大气污染是非常困难的。为了让预报更加准确,中科院大气所的这套预报系统需要不断增加数据采集来源和模拟更丰富的物理化学反应过程,这些都离不开软硬件协同提供计算支持。

目前,英特尔、曙光已与中科院大气所研发团队开始了紧密的合作,针对新一代英特尔至强处理器E5系列和英特尔至强融合协处理器平台进行并行软件优化,进一步提高软件系统的模拟速度,不断提高业务预报及相关科学模拟的模拟精度、模拟规模、模拟速度。

一系列的高科技算法,都是为了确保大气污染预测、控制乃至治理有可靠、准确的依据。我们希望非朝夕可解的雾霾问题能“加速”解决,让“APEC蓝”、“阅兵蓝”不再是稀罕词儿。

 
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