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“解读地球计划”——“地球数值模拟装置”正式启动
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2015-06-26 | 【 【关闭】

  2015年是“厄尔尼诺年”。受厄尔尼诺事件影响,几天前的上海一度成为“海上”。而对于引起持续暴雨的“第二次天文大潮汛”的预判和预报,并没有提前的信息发布。

  6月24日在北京举行的中科曙光技术创新大会上,“‘地球系统数值模拟装置’预研及原型系统建设”项目(简称,地球数值模拟装置项目)正式宣告启动。这项由中国科学院大气物理研究所牵头,联合中科院计算技术研究所、中科院网络信息中心、曙光信息产业(北京)有限公司共同参与,由中国科学院重点部署的项目,被形象地称作“解读地球计划”。

  左起:中国工程院李国杰院士、中国科学院大气物理研究所曾庆存院士、中国工程院倪光南院士

  关乎全球气候话语权

  气候和生态环境变化已经成为当前全球性重大科学问题。中国工程院李国杰院士介绍,其实地球数值模拟装置的建设从国家层面在“十二五”期间已经开始规划。2013年3月,国务院印发《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》,提出在地球系统与环境科学领域需要建设“地球系统数值模拟器”。

  彼时,“地球系统数值模拟器”这一国家重大科技基础设施建设已是“千呼万唤”:在2012年中科院大气物理所召开的“地球系统模拟科学和技术”发展战略研讨会上,包括17位院士在内的国内40多个单位的100多位专家达成共识,呼吁国家尽快启动“地球系统数值模拟器”的建设。

  解读地球计划及地球数值模拟装置项目的发布,对推动国家重大科技基础设施建设——“地球系统数值模拟器”起到积极的推动作用,也使中国科学家利用超级计算机对地球系统的未来演变进行科学预测成为可能。

  长期以来,美国、日本等发达国家在地球模拟科学特别是在全球气候变化学术领域具有主导权,同时也掌握了在全球气候变化特别是全球变暖的减缓、适应措施等方面的话语权,这在很大程度上得益于上述国家早已提出或建设了自己的地球系统模拟计划。“解读地球计划”的启动,无疑将扭转中国在此领域的被动地位。

  认识地球的重要装备

  “地球数值模拟”就是在超级计算机上进行大规模的科学计算,从而认识和再现地球系统的过去和当前状况,并预测未来。

  作为对地球自然过程进行数值模拟的超级计算机,“地球数值模拟装置”集高性能计算机、软件工具、支撑技术、地球数值模拟应用软件等于一体,可以用于还原或预测地球自然变化过程,将是人类认识地球的重要科研装备。中国工程院李国杰院士表示:“‘地球数值模拟装置’对高性能计算机的发展是有着示范和指导意义的,在性能提高的前提下,如何降低能耗是未来即将面对的一大挑战。”

  据了解,“地球数值模拟装置”将建立面向地球科学的高性能计算机原型系统和地球系统数值模拟可视化系统两个平台,在基于地球系统数值模拟并行软件支撑框架下,开发出地球系统模式和区域高分辨率大气污染模式,建设新一代我国短期气候预测系统并开展预测试验,同时开展关键区域的灾害性天气预报和空气质量预报试验。

  助力地球科学未来发展

  而从学科发展角度,地球数值模拟的重要性也不言而喻。

  地球科学内部各学科交融的最新特征之一,就是地球系统动力学模式的提出和研制,它用数理方法将大气科学、海洋科学、地理科学和地球生命科学等结合成一个可建模、可定量计算的“巨系统”。借助“地球数值模拟装置”,地球物理科学家就可以直面这一“巨系统”,实现对大气、洋流、地壳、生态等的仿真研究,预测及解析整个地球的大气循环预测、温室化预测、地壳变动、地震发生等。

  中国科学院大气物理研究所曾庆存院士表示:“不能用严谨的数学方式表达的科学问题很难说是属于现代科学范畴的”,以往的靠数理的公式化求解“已无济于事”。在本次中科曙光技术创新大会上,曾院士还表示:“资料和模型是研究环境变化的两个重要基础,而现阶段利用模型进行计算,来保证国家的建设和持续发展是非常必要的。”中国工程院倪光南院士补充道:“‘地球数值模拟装置’是一个可以生产效益的装备,长期积累的数据加上精确的模型分析,将对我们国家经济社会的发展有很重大的贡献。”

  地球系统模拟技术不仅是一项战略技术,它在很大程度上是一个国家地球科学研究综合水平的重要指标,也是科学家们应对全球变化、减灾防灾、环境治理等重大工程必不可少的科学支撑。

  背景资料:

  “地球数值模拟装置”项目及计划解读

  计划名称:解读地球计划

  项目名称:“地球系统数值模拟装置”预研及原型系统建设项目(简称,地球数值模拟装置项目)

  计划和项目发布时间:2015年6月24日

  发布方及承担职责:

  该计划和项目由中国科学院大气物理研究所牵头,联合中科院计算技术研究所、中科院网络信息中心、曙光信息产业(北京)有限公司联合发布。中国科学院大气物理研究所,具有我国在这领域最全面的科学理论基础,有整套的地球系统模式,模式研制具有一定的基础、经验和水平和相当的创新性。它将建成包括有完整的物理气候系统、生态环境模式及其耦合的地球系统模式1.0版本和初步构建具备较高精度的区域大气污染模拟系统。计算所、曙光有大型定制专用计算机系统的成功经验和成熟技术。按照最终系统的分区式机群结构、采用3D-Torus网络互连,建成大科学装置原型装置。中科院网络信息中心是中国科学院科研信息化和管理信息化的支撑服务机构,信息化应用技术的研发和示范基地。基于mct和cpl7,设计实现CAS-coupler的接口组件开发,简化耦合器使用流程。建设一个高分辨率可视化大屏幕展示系统,支持地球系统模式数据的交互式可视化和计算过程的可视化。

  项目建设的意义:

  •   地球模拟系统项目的建设/该项目用来验证建设方案的可行性,推动大科学装置的建设和运行。为我国进入创新型国家和地球系统科学强国行列提供重要的科技支撑。
  •   地球系统数值模拟装置是应用于应对全球气候与环境变化、防治大气污染、防灾减灾、环境治理、掌握国际话语权等的不可或缺的科学支撑。

  社会意义和倡导:

  面对全球温度变化、自然灾害、环境污染等问题,要严肃且科学地对待,弄清哪些是大自然本身的变化,和人类又怎样影响了自然界,进而合理规划人类的行动,尤其不能忽视 “千里之堤,溃于蚁穴”的危险。需要每个人都提高环保与节能的意识。让人们的生活走向更美好的轨迹。

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