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在一個約兩層樓高、形如魔方、嗡嗡作響的超級計算機里，中國科學家要計算出地球未來的氣候變化。 從一朵云的發展，到地球百年、千年甚至上萬年后的氣候變化，科學家都希望能夠通過被稱為“地球數值模擬裝置”計算出來。
23日，中國科學院大氣物理研究所、曙光信息產業（北京）有限公司、中科院計算技術研究所、中科院計算機網絡信息中心聯合發布了“地球數值模擬裝置”的預研和原型系統。這套基于中科院地球系統模式1.0版本的高性能計算機系統的落成，填補了中國地球系統模式大數據實踐平臺的空白。
這個坐落于北京中關村軟件園內的邊長約5.4米的深藍色立方體，是未來中國“地球數值模擬裝置”的縮小版，它包含高性能計算機硬件、地球數值模擬應用軟件、并行軟件支撐框架、可視化系統等多個部分，可滿足對地球系統的仿真研究。科學家可借助該系統，在地球系統模式研發、短期氣候預測、灰霾治理等方面得出成果。 中國工程院院士、中國氣象局國家氣候中心專家丁一匯說，這是中國研究地球模擬器的重大進展，是非常了不起的基礎性工作，將為天氣和氣候一體化研究提供堅實基礎。
地球的大氣圈、水圈、生物圈等多個圈層要在一個系統下非常科學合理的耦合。“地球外的系統對我們也有影響，這個可以模擬地球自身以及外太空宇宙射線、太陽風等影響的裝置非常強大，能夠幫助我們研究未來至少30年的環境變化、PM2.5變化，對于削減溫室氣體，徹底改善環境都將起到重要作用。”丁一匯說。
作為“地球數值模擬裝置”的軟件，“地球系統模式1.0版本”是23日發布的一大亮點。據中科院大氣物理所研究員張明華介紹，這套軟件包含了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。 曙光信息產業股份有限公司總裁助理曹振南說，地球系統模擬對計算機的性能要求非常高，很多世界排名前幾位的高性能計算機都用于地球系統模擬。 據介紹，中國科學院、中科院大氣所、中科院計算技術所、中科院網絡中心、中科曙光等幾家單位共出資0.9億元為該項目建設了專用計算機，其峰值計算能力不低于每秒1千萬億次，計算能力目前進入中國前十位；其存儲總容量大于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。
中科院大氣物理所信息中心主任周廣慶說，用目前這個原型系統，一天可以計算出地球的大氣圈、水圈、巖土圈、生物圈等多個圈層6年的變化。
中科院大氣物理所所長朱江說，中國科學家自主研制的軟件在硬件上運行，目前測試結果很好，接下來將進一步優化。希望未來真正的“地球數值模擬裝置”建成后，運算速度和精度都能提高十倍以上。 根據中國氣象局資料統計，在各類自然災害中，與氣候直接相關的大約占到70%以上。中國每年重大氣候災害影響的人口大約達4億人次，所造成的經濟損失大約占到國民生產總值的1%至3%。 科學家說，氣候和環境危機無法準確預測的關鍵在于人們對地球系統變化和運動規律認識的局限性，需要從系統的角度來進行地球各圈層自身的演化規律及其它們之間的相互作用規律的研究。因此，地球系統科學應運而生。 據介紹，美、日、歐等發達國家已建有軟硬件結合的面向地球系統的專門模擬裝置。而由于中國尚缺乏面向地球系統專用的數值模擬裝置，使中國地球系統模式的研制和氣候變化模擬研究受到很大制約，研究結果科學支撐能力不足，導致在國際外交談判時話語權微弱。
“我們需要有自己的計算數據作為談判依據，以提升我國在氣候與環境領域的國際話語權。”中國科學院院士曾慶存說。中國已將“地球系統數值模擬裝置”納入“十二五”大科學裝置建設規劃。 |
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