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填补国内空白,“地球数值模拟装置”原型系统落成
2015-09-23

9月23日上午,“地球科学高端研讨会暨模式装置发布落成仪式”隆重举行。中科院大气物理研究所、中科院计算技术研究所、中科院计算机网络信息中心和曙光公司联合发布了“地球数值模拟装置”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,填补了我国地球系统模式大数据实践平台的空白。

大科学装置的探路者

面对气候环境的变化、气候灾害和环境危机的频发,“地球系统数值模拟装置”可以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。美、日、欧等发达国家都已建有软硬件结合的面向地球系统的专门模拟装置。2009年,在中科院大气所叶笃正等六位中科院院士的联名建议下,国家发改委在《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》中将“地球系统数值模拟装置”纳入了“十二五”大科学装置建设规划。

中科院大气物理所从80年代开始就一直致力于气候模式和生态环境系统模式的自主研发,在过去的三十多年里,建立的模式系统经历了四次重要飞跃,迄今为止陆续在各项地球系统模式的研制中开创了多项“第一”。利用其研制的气候系统模式,大气物理研究所开展了CO2加倍引起的气候变暖的数值模拟,为我国相关领域的外交谈判提供了科学依据,中科院地球系统模式1.0就是在这样的深厚积累中逐步发展起来的。

“我国数值模式研究起步早、基础好,但此前因为没有专门的高性能计算机系统支撑,也由于对数值模式的技术性和工程性重视不够,与国际最先进水平存在差距。”中科院大气物理研究所所长朱江表示。而中科院计算所、网络信息中心和曙光公司的参与弥补了这些不足。

“地球数值模拟装置”原型系统建设项目于2015年3月启动。这个项目在今年六月曙光创新技术大会上一经披露就广受关注。取用大科学工程“地球数值模拟装置”建设规模的1/10的原型系统将从硬件配置架构和科学软件检验两方面证实和完善“地球系统数值模拟装置”建设方案的有效性和可行性。

“原型系统是我国‘解读地球计划’的核心内容。在‘地球数值模拟装置’项目正式落地之前,原型系统担负着验证大科学装置建设方案可行性的责任。”大气动力学家、中国科学院院士曾庆存介绍说。可见原型系统的落成和成功运行,将有力地推动大科学装置的建设。

原型系统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,可以满足对地球系统的仿真研究。我国地球科学家也可借助该系统,在地球系统模式研发、短期气候预测、灰霾治理等方面得出一些对科学和社会有益的成果。

解读地球的强大阵容

原型系统最大的亮点之一,就是正式发布的“地球系统模式1.0版本”。中科院大气所研究员张明华表示,地球系统模式1.0版本包含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。这个地球系统模式还具有嵌套高分辨大气模式的功能。

而曙光为这个项目提供的计算机硬件原型系统峰值计算能力不低于1Pflops,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。曙光总裁历军指出:“集成各学科‘国家队’之力、以国内最优势团队打造的‘地球数值模拟装置’原型系统,是目前我国当之不让的开启地球数值模拟研究利器。”综上原因,我国“解读地球计划”从这里开启不足为奇。

读懂地球关系重大

灰霾治理需求迫切、极端天气频发、全球气候变化加剧,人们越来越迫切地需要读懂地球,对可能发生的自然灾害未雨绸缪。因此中国有能力开展解读地球的研究,有着更深远的意义。

当前,全球变暖是人类面临的最为严峻的问题。气候变化公约、碳排放谈判则是世界上最复杂的多边外交谈判。美国国家大气研究中心凭借其长时间世界领先的数值模拟装置“Yellowstone”,主导了全球变暖预估试验的设计和评估报告的撰写,并以此挟制我国的发展权。“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。”曾庆存严肃地说。而我国“地球数值模拟装置”的原型系统的建设落成将有效地增强我国在气候环境领域的话语权。

此外,在原型系统上有步骤地实施解读地球计划的同时,该系统装置还可以为其他应用高性能计算、需要大数据分析的行业进行服务。“地球数值模拟装置”原型系统的建设与应用,将推动这些技术进一步服务各行各业。”

协同创新如今已经成为了当今科技创新活动的主要发展方向。曙光公司董事长、中国工程院院士李国杰指出,验证和突破“地球数值模拟装置”原型系统建设的若干关键技术问题,各技术团队的协同创新必不可少。对地球系统进行数值模拟将进一步推动跨学科的协同攻关,有助于提高各学科领域的创新能力。

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