自然灾害预警新利器 地球数值模拟装置原型系统
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图为“地球数值模拟装置”原型系统内部结构图。
自然灾害提前发生在“时光机”
原型系统最大的亮点之一，当属首次正式发布的“地球系统模式1.0版本”。据中科院大气所研究员张明华介绍说，地球系统模式1.0版本包含完整的气候系统和生态环境系统分量，集成了大气、海洋、海冰、陆面水文、大气化学和气溶胶、动力学植被、海洋生物地球化学等子系统模式或分量模块，并通过一个通量耦合器实现各模块之间的完整耦合，可以更加逼真地实现对大气、洋流、陆面过程、生态等的仿真研究，这个地球系统模式还具有嵌套高分辨大气模式的功能。
“地球数值模拟装置”原型系统建设项目启动于2015年3月。该项目早于今年6月在曙光创新技术大会上一经披露就广受关注。据悉，曙光公司为该项目提供的计算机硬件原型系统峰值计算能力不低于1Pflops，存储总容量大于5PB，并针对性地对系统进行了地球系统数值模拟加速计算和软件性能优化。“集成各学科‘国家队’之力、以国内最优势团队打造的‘地球数值模拟装置’原型系统，是目前中国当之不让的开启地球数值模拟研究利器。”曙光总裁历军指出，综上原因，中国“解读地球计划”从这里开启不足为奇。“‘地球数值模拟装置’原型系统就变成了自然灾害的‘时光机’，自然灾害可以‘提前发生’（仿真）在‘地球数值模拟装置’原型机中。”“地球数值模拟装置”原型系统通过对自然的观测和数据的积累，并对这些观测数据进行分析和挖掘，再从物理、化学和生物学的规律出发建立有关地球过程的定量关系，就能够建立概念模型和数学模型，通过验证的模型和模式，就可以实现对未来的变化趋势进行预测和预报。
提升中国在气候与环境领域的国际话语权
“灰霾治理需求迫切、极端天气频发、全球气候变化加剧，人们越来越迫切地需要读懂地球、对可能发生的自然灾害未雨绸缪。” 大气动力学家、中国科学院院士曾庆存说， “原型系统是中国‘解读地球计划’的核心内容。在‘地球数据模拟装置’项目正式落地之前，原型系统担负着验证大科学装置建设方案可行性的责任。原型系统的落成和成功运行，将有力地推动大科学装置的建设。”
曾庆存说，全球变暖是人类面临的最为严峻的问题。气候变化公约、碳排放谈判则是世界上最复杂的多边外交谈判。美国国家大气研究中心凭借其长时间世界领先的数值模拟装置“Yellowstone”，一直主导着全球变暖预估试验的设计和评估报告的撰写，并以此挟制中国的发展权。“我们需要有自己的计算数据作为谈判依据，以提升中国在气候与环境领域的国际话语权。”曾庆存强调。以高性能计算机硬件和地球系统模式软件为基础的地球系统模拟装置的建立，使得准确预测极端天气和气候事件的发生变得可能。不过，中国的气候系统模式目前还不能达到分辨出几公里的对流天气系统，这直接影响模式对极端天气的自然变化和人为影响的能力。因此，利用“地球数值模拟装置”原型系统这个平台，有利于迅速缩短中国科学家与国际先进水平的差距。