自然災(zāi)害預(yù)警新利器 地球數(shù)值模擬裝置原型系統(tǒng)
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圖為“地球數(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
自然災(zāi)害提前發(fā)生在“時(shí)光機(jī)”
原型系統(tǒng)最大的亮點(diǎn)之一，當(dāng)屬首次正式發(fā)布的“地球系統(tǒng)模式1.0版本”。據(jù)中科院大氣所研究員張明華介紹說，地球系統(tǒng)模式1.0版本包含完整的氣候系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)分量，集成了大氣、海洋、海冰、陸面水文、大氣化學(xué)和氣溶膠、動(dòng)力學(xué)植被、海洋生物地球化學(xué)等子系統(tǒng)模式或分量模塊，并通過一個(gè)通量耦合器實(shí)現(xiàn)各模塊之間的完整耦合，可以更加逼真地實(shí)現(xiàn)對大氣、洋流、陸面過程、生態(tài)等的仿真研究，這個(gè)地球系統(tǒng)模式還具有嵌套高分辨大氣模式的功能。
“地球數(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目啟動(dòng)于2015年3月。該項(xiàng)目早于今年6月在曙光創(chuàng)新技術(shù)大會(huì)上一經(jīng)披露就廣受關(guān)注。據(jù)悉，曙光公司為該項(xiàng)目提供的計(jì)算機(jī)硬件原型系統(tǒng)峰值計(jì)算能力不低于1Pflops，存儲(chǔ)總?cè)萘看笥?PB，并針對性地對系統(tǒng)進(jìn)行了地球系統(tǒng)數(shù)值模擬加速計(jì)算和軟件性能優(yōu)化。“集成各學(xué)科‘國家隊(duì)’之力、以國內(nèi)最優(yōu)勢團(tuán)隊(duì)打造的‘地球數(shù)值模擬裝置’原型系統(tǒng)，是目前中國當(dāng)之不讓的開啟地球數(shù)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(jì)劃”從這里開啟不足為奇。“‘地球數(shù)值模擬裝置’原型系統(tǒng)就變成了自然災(zāi)害的‘時(shí)光機(jī)’，自然災(zāi)害可以‘提前發(fā)生’（仿真）在‘地球數(shù)值模擬裝置’原型機(jī)中。”“地球數(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng)通過對自然的觀測和數(shù)據(jù)的積累，并對這些觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，再從物理、化學(xué)和生物學(xué)的規(guī)律出發(fā)建立有關(guān)地球過程的定量關(guān)系，就能夠建立概念模型和數(shù)學(xué)模型，通過驗(yàn)證的模型和模式，就可以實(shí)現(xiàn)對未來的變化趨勢進(jìn)行預(yù)測和預(yù)報(bào)。
提升中國在氣候與環(huán)境領(lǐng)域的國際話語權(quán)
“灰霾治理需求迫切、極端天氣頻發(fā)、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(fā)生的自然災(zāi)害未雨綢繆。” 大氣動(dòng)力學(xué)家、中國科學(xué)院院士曾慶存說， “原型系統(tǒng)是中國‘解讀地球計(jì)劃’的核心內(nèi)容。在‘地球數(shù)據(jù)模擬裝置’項(xiàng)目正式落地之前，原型系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著驗(yàn)證大科學(xué)裝置建設(shè)方案可行性的責(zé)任。原型系統(tǒng)的落成和成功運(yùn)行，將有力地推動(dòng)大科學(xué)裝置的建設(shè)。”
曾慶存說，全球變暖是人類面臨的最為嚴(yán)峻的問題。氣候變化公約、碳排放談判則是世界上最復(fù)雜的多邊外交談判。美國國家大氣研究中心憑借其長時(shí)間世界領(lǐng)先的數(shù)值模擬裝置“Yellowstone”，一直主導(dǎo)著全球變暖預(yù)估試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和評估報(bào)告的撰寫，并以此挾制中國的發(fā)展權(quán)。“我們需要有自己的計(jì)算數(shù)據(jù)作為談判依據(jù)，以提升中國在氣候與環(huán)境領(lǐng)域的國際話語權(quán)。”曾慶存強(qiáng)調(diào)。以高性能計(jì)算機(jī)硬件和地球系統(tǒng)模式軟件為基礎(chǔ)的地球系統(tǒng)模擬裝置的建立，使得準(zhǔn)確預(yù)測極端天氣和氣候事件的發(fā)生變得可能。不過，中國的氣候系統(tǒng)模式目前還不能達(dá)到分辨出幾公里的對流天氣系統(tǒng)，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(shù)值模擬裝置”原型系統(tǒng)這個(gè)平臺(tái)，有利于迅速縮短中國科學(xué)家與國際先進(jìn)水平的差距。