中国将建顶尖超级计算机：模拟整个地球环境

在一个约两层楼高、形如魔方、嗡嗡作响的超级计算机里，中国科学家要计算出地球未来的气候变化。

从一朵云的发展，到地球百年、千年甚至上万年后的气候变化，科学家都希望能够通过被称为“地球数值模拟装置”计算出来。

23日，中国科学院大气物理研究所、曙光信息产业（北京）有限公司、中科院计算技术研究所、中科院计算机网络信息中心联合发布了“地球数值模拟装置”的预研和原型系统。这套基于中科院地球系统模式1.0版本的高性能计算机系统的落成，填补了中国地球系统模式大数据实践平台的空白。

“地球数值模拟装置”的原型系统已经落成，其硬件规模是未来工程的1/10，用于硬件和软件的测试

这个坐落于北京中关村软件园内的边长约5.4米的深蓝色立方体，是未来中国“地球数值模拟装置”的缩小版，它包含高性能计算机硬件、地球数值模拟应用软件、并行软件支撑框架、可视化系统等多个部分，可满足对地球系统的仿真研究。科学家可借助该系统，在地球系统模式研发、短期气候预测、灰霾治理等方面得出成果。

中国工程院院士、中国气象局国家气候中心专家丁一汇说，这是中国研究地球模拟器的重大进展，是非常了不起的基础性工作，将为天气和气候一体化研究提供坚实基础。

地球的大气圈、水圈、生物圈等多个圈层要在一个系统下非常科学合理的耦合。“地球外的系统对我们也有影响，这个可以模拟地球自身以及外太空宇宙射线、太阳风等影响的装置非常强大，能够帮助我们研究未来至少30年的环境变化、PM2.5变化，对于削减温室气体，彻底改善环境都将起到重要作用。”丁一汇说。

作为“地球数值模拟装置”的软件，“地球系统模式1.0版本”是23日发布的一大亮点。据中科院大气物理所研究员张明华介绍，这套软件包含了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。

曙光信息产业股份有限公司总裁助理曹振南说，地球系统模拟对计算机的性能要求非常高，很多世界排名前几位的高性能计算机都用于地球系统模拟。

据介绍，中国科学院、中科院大气所、中科院计算技术所、中科院网络中心、中科曙光等几家单位共出资0.9亿元为该项目建设了专用计算机，其峰值计算能力不低于每秒1千万亿次，计算能力目前进入中国前十位；其存储总容量大于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。

中科院大气物理所信息中心主任周广庆说，用目前这个原型系统，一天可以计算出地球的大气圈、水圈、岩土圈、生物圈等多个圈层6年的变化。

中科院大气物理所所长朱江说，中国科学家自主研制的软件在硬件上运行，目前测试结果很好，接下来将进一步优化。希望未来真正的“地球数值模拟装置”建成后，运算速度和精度都能提高十倍以上。

根据中国气象局资料统计，在各类自然灾害中，与气候直接相关的大约占到70%以上。中国每年重大气候灾害影响的人口大约达4亿人次，所造成的经济损失大约占到国民生产总值的1%至3%。

科学家说，气候和环境危机无法准确预测的关键在于人们对地球系统变化和运动规律认识的局限性，需要从系统的角度来进行地球各圈层自身的演化规律及其它们之间的相互作用规律的研究。因此，地球系统科学应运而生。

据介绍，美、日、欧等发达国家已建有软硬件结合的面向地球系统的专门模拟装置。而由于中国尚缺乏面向地球系统专用的数值模拟装置，使中国地球系统模式的研制和气候变化模拟研究受到很大制约，研究结果科学支撑能力不足，导致在国际外交谈判时话语权微弱。

“我们需要有自己的计算数据作为谈判依据，以提升我国在气候与环境领域的国际话语权。”中国科学院院士曾庆存说。中国已将“地球系统数值模拟装置”纳入“十二五”大科学装置建设规划。