沙尘暴突袭、野火烟雾飘散、工业污染分散……这是大气污染物“肆掠”的典型场景。如果能精准猜测大气污染物呈现和散失的时刻，将大幅度的提高人们的日子质量。
怎么摆脱困境？一套由我国团队自主研制的“环境气候多要素智能感知及大模型预告体系”，完结了从监测配备到感知办法再到预告形式的全链条立异，为破解杂乱大气污染难题供给了我国计划。
不久前，该体系当选我国科协生态环境产学联合体发布的“2024年度我国生态环境十大科技发展”。
大气，就像一个精细工作的实验室。其间，气溶胶、臭氧、沙尘等成分直接影响着空气质量甚至全球气候。但长期以来，人类对这个“实验室”的监测和预告，一直面对着三重“卡脖子”难题。
首先是“看不清楚”。我国气候科学研讨院副院长车慧正解说，曩昔，观测大气气溶胶的“超级眼睛”——地基遥感配备，简直全赖进口，并且这些仪器的中心校准技能和数据解读办法从不揭露。“这在某种程度上预示着，咱们拿着他人的东西做研讨，不只本钱昂扬，要害数据还或许失真。”车慧正说。
更费事的是，我国地上观测站数量有限。在广袤的国土上，许多区域都是监测盲区。尽管卫星遥感能掩盖大局，可是它在夜间或阴天就会“停工”，底子抓不到那些在暗处“作乱”的气溶胶。
其次是“算不明白”。车慧正说，传统物理模型依靠杂乱的公式推演，但污染源排放数据禁绝、大气运动规则杂乱、气溶胶化学反应机制难算清……一堆不确定要素叠加，导致预告效果常常“跑偏”。更扎手的是，一次高精度全球预告需超级核算机耗时数小时核算，难以满意污染快速改变的应急需求。
最终是“用不精准”。车慧正举例，环保部分在知道哪类污染物是“主力”后，才干针对性减排。并且，交通运输、空管等部分高度依靠高精度、实时更新的能见度数据，以此保证路途通行与航班起降安全。但是，传统监测体系供给的数据往往不行全面、更新滞后或精度缺乏，难以满意这些日益精细化、时效性强的实践办理需求。
当人类活动和气候均匀状况随时刻的改变让大气污染渐渐的变杂乱——沙尘与工业污染“联手”、臭氧污染在夏日“突袭”、野火烟雾跨洲际“游览”——我国环境管理和空气质量预告面对的应战也益发严峻。“有必要打造一套归于我国自己的‘大气智能感知与预告体系’。”车慧正说，这正是团队研制的初衷。
2018年，我国气候科学研讨院联合清华大学、我国科学院大气物理研讨所等组织，组成跨学科研制团队。车慧正作为首席科学家，带领团队从“造配备、建办法、搭模型”三个方向攻坚，为“环境气候多要素智能感知及大模型预告体系”铺设“神经网”。
团队花了5年时刻，研制出体系所需的重要配备——“全自动太阳—天空—月亮多波段光度计”。这台国产配备具有365天24小时接连安稳观测的才能，为全天候监测大气成分供给了坚实基础。
“它的原理很奇妙。”车慧正解说说，就像咱们经过看阳光穿过雾霾时的色彩改变，能大致判别污染轻重相同，这台配备能捕捉不同波段的光线在大气中的轨道。经过一系列剖析“光影暗码”，它能算出气溶胶80多项要害参数，比方颗粒巨细、成分、光学特性等。
团队还开发了“智能解码”算法，协助体系对大气进行精细“成分确诊”，能精准量化不同来历和类型气溶胶对大气污染的“奉献”，处理了传统体系分不清谁是污染“主谋”的难题。
接下来，团队经过深度发掘世界气溶胶观测网的前史材料，构建出包括近30年全球高精度气溶胶数据的巨大数据库。这相当于给体系预备了“海量习题集”，为后续的智能预告打下坚实基础。
“仅靠单一的地上观测远不行全面。”我国气候科学研讨院副研讨员桂柯坦言，“曩昔，来自卫星遥感、地基台站和数值模仿的多源异构数据，因其时空标准、精度和观测原理的显着差异，好像散落的拼图，难以有用交融使用。”
为此，团队开发了智能交融感知办法，成功将卫星的广域掩盖优势、地基站点的高精度接连观测才能及形式模仿的优势，整组成一致的“大气环境时空演化全景图”。
一起，研讨团队收集了高时空分辨率前史数据，明晰记录了曩昔20年我国首要污染物的“迁徙道路”。比方，团队经过剖析数据发现，2013—2020年我国人群PM2.5年均露出水平下降48%，其间减排是PM2.5浓度下降的主导要素。这一些数据为“环境气候多要素智能感知及大模型预告体系”打下了坚实基础。
研制“环境气候多要素智能感知及大模型预告体系”进程中最中心的打破，是团队开发的全球首个气溶胶—气候耦合预告AI大模型（AI-GAMFS）。这个包括13亿个参数的“超级大脑”具有惊人的核算速度。传统超级核算机进行一次全球气候预告要“埋头苦干”数小时，而它1分钟内就能完结，还能精准猜测沙尘的“行进道路”、污染物的“散失时刻”。
桂柯表明，与世界顶尖的欧洲中期天气预告中心和美国航空航天局的气溶胶预告体系比较，AI-GAMFS在东亚区域的沙尘预告差错降低了38%—74%。
从西北沙漠到东部城市群，现在“环境气候多要素智能感知及大模型预告体系”已在中央气候台及新疆、宁夏、内蒙古、甘肃、陕西等14个省（自治区、直辖市）气候部分“上岗”。
2025年4月，四川盆地产生多起北方强沙尘暴进程远距离传输侵略事情。该体系下的AI-GAMFS模型提早120小时精准预告了沙尘抵达四川盆地的时刻和强度，预告与实践高度符合，显着提高了沙尘暴精细化预警和应急呼应水平。
到2024年末，该体系研制的相关效果已宣布13篇SCI论文，获4项国家发明专利，还拿下了我国气候服务协会AI气候使用大赛的两项大奖。
在车慧正看来，大气污染防治就像医师治病，首先要“看清病灶”（精准监测），然后“找准病因”（机理研讨），最终“对症下药”（精准管理）。而“环境气候多要素智能感知及大模型预告体系”正是一位“大气医师”，旨在让每一次污染进程都“可测、可报、可控”。
