自然災害預警新利器 地球數值模擬裝置原型系統
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圖為“地球數值模擬裝置”原型系統內部結構圖。
自然災害提前發生在“時光機”
原型系統最大的亮點之一，當屬首次正式發布的“地球系統模式1.0版本”。據中科院大氣所研究員張明華介紹說，地球系統模式1.0版本包含完整的氣候系統和生態環境系統分量，集成了大氣、海洋、海冰、陸面水文、大氣化學和氣溶膠、動力學植被、海洋生物地球化學等子系統模式或分量模塊，并通過一個通量耦合器實現各模塊之間的完整耦合，可以更加逼真地實現對大氣、洋流、陸面過程、生態等的仿真研究，這個地球系統模式還具有嵌套高分辨大氣模式的功能。
“地球數值模擬裝置”原型系統建設項目啟動于2015年3月。該項目早于今年6月在曙光創新技術大會上一經披露就廣受關注。據悉，曙光公司為該項目提供的計算機硬件原型系統峰值計算能力不低于1Pflops，存儲總容量大于5PB，并針對性地對系統進行了地球系統數值模擬加速計算和軟件性能優化。“集成各學科‘國家隊’之力、以國內最優勢團隊打造的‘地球數值模擬裝置’原型系統，是目前中國當之不讓的開啟地球數值模擬研究利器。”曙光總裁歷軍指出，綜上原因，中國“解讀地球計劃”從這里開啟不足為奇。“‘地球數值模擬裝置’原型系統就變成了自然災害的‘時光機’，自然災害可以‘提前發生’（仿真）在‘地球數值模擬裝置’原型機中。”“地球數值模擬裝置”原型系統通過對自然的觀測和數據的積累，并對這些觀測數據進行分析和挖掘，再從物理、化學和生物學的規律出發建立有關地球過程的定量關系，就能夠建立概念模型和數學模型，通過驗證的模型和模式，就可以實現對未來的變化趨勢進行預測和預報。
提升中國在氣候與環境領域的國際話語權
“灰霾治理需求迫切、極端天氣頻發、全球氣候變化加劇，人們越來越迫切地需要讀懂地球、對可能發生的自然災害未雨綢繆。” 大氣動力學家、中國科學院院士曾慶存說， “原型系統是中國‘解讀地球計劃’的核心內容。在‘地球數據模擬裝置’項目正式落地之前，原型系統擔負著驗證大科學裝置建設方案可行性的責任。原型系統的落成和成功運行，將有力地推動大科學裝置的建設。”
曾慶存說，全球變暖是人類面臨的最為嚴峻的問題。氣候變化公約、碳排放談判則是世界上最復雜的多邊外交談判。美國國家大氣研究中心憑借其長時間世界領先的數值模擬裝置“Yellowstone”，一直主導著全球變暖預估試驗的設計和評估報告的撰寫，并以此挾制中國的發展權。“我們需要有自己的計算數據作為談判依據，以提升中國在氣候與環境領域的國際話語權。”曾慶存強調。以高性能計算機硬件和地球系統模式軟件為基礎的地球系統模擬裝置的建立，使得準確預測極端天氣和氣候事件的發生變得可能。不過，中國的氣候系統模式目前還不能達到分辨出幾公里的對流天氣系統，這直接影響模式對極端天氣的自然變化和人為影響的能力。因此，利用“地球數值模擬裝置”原型系統這個平臺，有利于迅速縮短中國科學家與國際先進水平的差距。