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

每經記者 程曉玲    每經編輯 楊歡

中國科學院院士、北京大學環境科學與工程學院院長朱彤 圖片來源：主辦方供圖

“關于綠色發展，我們需要不斷回顧聯合國提出的2030年可持續發展目標。”2月25日，中國科學院院士、北京大學環境科學與工程學院院長朱彤在第二屆中國數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”。

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，對人體健康具有很大危害。在“雙碳”契機下，如何助推數字技術賦能改善生態環境、保護人體健康？

“傳統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據。”朱彤表示，只有將數字模型和大量數據融合起來，才有可能更加準確模擬地球發生了什么以及預測未來會發生什么樣的現象，由此就派生出“數字孿生地球”的概念。

“我們正在做的就是在地球模擬實驗室里，把科學家開發出來的空氣質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的變化結合起來。”朱彤接受《每日經濟新聞》記者采訪表示，數字孿生——觀測數據與模型的融合為預測未來環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據關聯，在揭示環境對健康影響及其預防措施發揮著越來越重要的作用。

“數字孿生地球”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，科學家發展了大量的數字模型來預測、預報、預警。”朱彤表示，這些數字模型在區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，比如衛星遙感和地面觀測網絡等可以獲得對地球整個環境認知的大量數據，由此就派生出“數字孿生地球”的概念。

“比如中科院建立了可持續發展大數據國際研究中心，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據共享平臺等，這些都是在打破數據孤島，獲得大量數據能為數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的“地球系統數值模擬裝置”——“寰”，研究地球系統大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈等各圈層之間的相互聯系、相互作用，“這種數字模型和數據的融合將是我們的未來”。

“公眾的參與非常重要”

反過來看，環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%跟環境有關。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。

“暴露組學發展以后，對大數據、傳感器以及數據分析等都提出了更高挑戰，這也為科學研究提供了非常重要的基礎。”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，把暴露組學的關聯跟多種組學結合起來，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、循環系統的炎癥產生影響等。

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

在數字賦能改善環境、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數字化或是低碳城市、健康城市等，都應該把這些目標融合起來。比如低碳城市，不僅僅包括“低碳”，還應同時考慮到能源結構、交通出行以及城市電網、新能源基礎設施配套等方面。

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

“讓我印象深刻的是，有越來越多能夠讓公眾參與的數字化平臺，并提供個性化的數字體驗。”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、碳排放以及相關政策制定是密不可分的”。