中國科學院院士、北京大學環(huán)境科學與工程學院院長朱彤：數(shù)字孿生為預測未來環(huán)境和氣候變化提供有力工具

“關(guān)于綠色發(fā)展，我們需要不斷回顧聯(lián)合國提出的2030年可持續(xù)發(fā)展目標。”2月25日，中國科學院院士、北京大學環(huán)境科學與工程學院院長朱彤在第二屆中國數(shù)字碳中和高峰論壇演講中直言，“這17個目標，到今天為止還有很大挑戰(zhàn)”。

 

例如，空氣污染和氣候變化是人類社會共同面臨的重大挑戰(zhàn)，對人體健康具有很大危害。在“雙碳”契機下，如何助推數(shù)字技術(shù)賦能改善生態(tài)環(huán)境、保護人體健康？

 

“傳統(tǒng)的物理模型在預測預報中存在很多未解的不確定性的因素，因此還需要大量觀測數(shù)據(jù)。”朱彤表示，只有將數(shù)字模型和大量數(shù)據(jù)融合起來，才有可能更加準確模擬地球發(fā)生了什么以及預測未來會發(fā)生什么樣的現(xiàn)象，由此就派生出“數(shù)字孿生地球”的概念。

 

“我們正在做的就是在地球模擬實驗室里，把科學家開發(fā)出來的空氣質(zhì)量模型等用到上面去。不光是一個模型本身，而是和更大的地球系統(tǒng)的變化結(jié)合起來。”朱彤接受《每日經(jīng)濟新聞》記者采訪表示，數(shù)字孿生——觀測數(shù)據(jù)與模型的融合為預測未來環(huán)境和氣候變化提供了有力的工具，同時，暴露組學與多種組學的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，在揭示環(huán)境對健康影響及其預防措施發(fā)揮著越來越重要的作用。

 

“數(shù)字孿生地球”更好預測未來

“空氣污染、氣候變化的預報、預測對保護人體健康至關(guān)重要。”朱彤分析指出，氣候變化可以從多個維度影響健康，比如不適宜的溫度、蟲媒傳媒疾病、極端天氣等等。

 

“為了知道空氣污染、氣候變化對人體健康的危害，科學家發(fā)展了大量的數(shù)字模型來預測、預報、預警。”朱彤表示，這些數(shù)字模型在區(qū)域乃至全球不同的尺度，都可以模擬出PM2.5或氣溫的變化。

 

與此同時，人們也意識到傳統(tǒng)的物理模型在預測預報里有很多未解的不確定性的因素。而大量的觀測，比如衛(wèi)星遙感和地面觀測網(wǎng)絡(luò)等可以獲得對地球整個環(huán)境認知的大量數(shù)據(jù)，由此就派生出“數(shù)字孿生地球”的概念。

 

“比如中科院建立了可持續(xù)發(fā)展大數(shù)據(jù)國際研究中心，北京大學也在國家自然基金委的支持下建立了大氣復合污染綜合數(shù)據(jù)共享平臺等，這些都是在打破數(shù)據(jù)孤島，獲得大量數(shù)據(jù)能為數(shù)字模型模擬起到非常重要的支撐作用。”朱彤表示。

 

“另一個非常令人振奮的消息是，我們終于有了中國的地球系統(tǒng)模擬實驗室。”朱彤介紹，由中國科學院大氣物理研究所和清華大學共同建設(shè)的“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”——“寰”，研究地球系統(tǒng)大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈等各圈層之間的相互聯(lián)系、相互作用，“這種數(shù)字模型和數(shù)據(jù)的融合將是我們的未來”。

 

“公眾的參與非常重要”

反過來看，環(huán)境如何影響每個人的健康水平？

 

朱彤指出，人體健康大概有90%跟環(huán)境有關(guān)。通過暴露組學（人在生命周期中暴露多種污染物的特征），有望實現(xiàn)對人的一生的追蹤——包括吃飯、呼吸、飲用水等到底有多少污染物進入人體，從胎兒到老年每個階段都可以預測。

 

“暴露組學發(fā)展以后，對大數(shù)據(jù)、傳感器以及數(shù)據(jù)分析等都提出了更高挑戰(zhàn)，這也為科學研究提供了非常重要的基礎(chǔ)。”朱彤分析道，“比如我們對糖尿病、慢阻肺疾病受空氣污染影響的分析，把暴露組學的關(guān)聯(lián)跟多種組學結(jié)合起來，可以識別出很重要的化學成分，它是怎么通過大氣PM2.5進入人體，對呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)的炎癥產(chǎn)生影響等。

 

再比如，通過傳感器、穿戴式設(shè)備等采集的個體生物標本，與基因組學、表觀組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白組學、代謝組學等各種分析結(jié)合起來，識別出每一種暴露可能對人體健康產(chǎn)生的危害。

 

在數(shù)字賦能改善環(huán)境、保護健康方面，城市需要做哪些努力？

 

朱彤建議，未來城市不管是強調(diào)數(shù)字化或是低碳城市、健康城市等，都應(yīng)該把這些目標融合起來。比如低碳城市，不僅僅包括“低碳”，還應(yīng)同時考慮到能源結(jié)構(gòu)、交通出行以及城市電網(wǎng)、新能源基礎(chǔ)設(shè)施配套等方面。

 

此外，當天舉行的第二屆中國數(shù)字碳中和高峰論壇還發(fā)布了多個數(shù)字碳中和領(lǐng)域最新成果，包括數(shù)字碳中和認知中心公益平臺籌備啟動，《中國碳普惠發(fā)展與實踐案例研究報告》、“2022數(shù)字碳中和案例征集活動”成果和“碳減排數(shù)字賬本”發(fā)布等。

 

“讓我印象深刻的是，有越來越多能夠讓公眾參與的數(shù)字化平臺，并提供個性化的數(shù)字體驗。”在朱彤看來，公眾的參與非常重要，“讓大家切身感受到自己與氣候變化、碳排放以及相關(guān)政策制定是密不可分的”。