把地球搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，是如何做到的？地球五個(gè)圈層如何互相影響？我國(guó)地球模擬裝置性能如何？

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置：可以模擬地球的神奇軟件

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置，顧名思義，即是用于模擬地球生態(tài)系統(tǒng)的一種裝置。地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置雖然被叫做裝置，但實(shí)際上，它并不是我們熟知的類似于超級(jí)計(jì)算機(jī)的大型裝置，而是一種軟硬件結(jié)合且以軟件為核心的裝置，研究者需要利用部署在超級(jí)計(jì)算機(jī)上的這些軟件，以及一些相關(guān)的數(shù)值來(lái)開(kāi)展研究。

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所副研究員張賀說(shuō)，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置被重點(diǎn)應(yīng)用于計(jì)算地球的氣候環(huán)境在未來(lái)的演變趨勢(shì)，該裝置可以對(duì)一些災(zāi)害性的天氣進(jìn)行模擬，或者是對(duì)一些季節(jié)性的氣候環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，比如：干旱洪澇、高溫?zé)崂恕⑴_(tái)風(fēng)、沙塵暴等，甚至可以對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。除了對(duì)氣候環(huán)境進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)外，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置還可以核算當(dāng)前人類的碳排放量和碳吸收量，模擬在不同的減排路徑下的氣候變化，以助力“雙碳目標(biāo)”的達(dá)成，治理大氣污染。

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置是怎樣工作的？

認(rèn)識(shí)地球各圈層的基本規(guī)律是研究者利用裝置進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)。地球由五大圈層組成，分別是大氣圈、水圈、冰凍圈和巖石圈以及生物圈。裝置的模擬過(guò)程實(shí)際上就是在模擬地球上五個(gè)圈層互相作用的過(guò)程。對(duì)于地球各圈層的相互作用關(guān)系，張賀舉例：在大氣和冰凍圈之間，大氣的溫度升高之后，冰雪會(huì)融化。冰雪融化后，地表的反照率大大降低，地表和大氣就會(huì)吸收更多的太陽(yáng)光，導(dǎo)致溫度進(jìn)一步上升，從而導(dǎo)致積雪也進(jìn)一步融化。在圈層的活動(dòng)中，人類的活動(dòng)非常重要且十分復(fù)雜，我們的生產(chǎn)和生活會(huì)對(duì)地球的各個(gè)圈層產(chǎn)生一系列的影響。

在了解各圈層的基本規(guī)律后，研究者會(huì)形成數(shù)學(xué)方程式以表達(dá)規(guī)律，之后將數(shù)學(xué)方程式結(jié)合計(jì)算機(jī)程序算法形成一個(gè)數(shù)學(xué)物理模型，最后將此模型放到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算，求出方程式的解，完成一次模擬。

由于模擬過(guò)程涉及的圈層較多，涉及的要素也較多，因此地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置的計(jì)算量非常大，數(shù)據(jù)龐雜，過(guò)程繁復(fù)。

我國(guó)的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置的水平如何？

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，對(duì)計(jì)算機(jī)要求高，既依賴硬件，又依賴軟件以及算法和數(shù)據(jù)，只有綜合實(shí)力強(qiáng)大的國(guó)家才有能力進(jìn)行這方面的研制。

我國(guó)雖然在上世紀(jì)五六十年代就已開(kāi)展相關(guān)研究，但大約在上世紀(jì)八十年代，我國(guó)才開(kāi)發(fā)出一個(gè)完整實(shí)用的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬模式。從八十年代至今，我國(guó)的模式也在不斷的改進(jìn)完善。我國(guó)的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置在剛建成時(shí)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，但如今我們與發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的研究水平已基本處于并跑狀態(tài)。張賀表示，我們的硬件裝置所采用的芯片是國(guó)產(chǎn)芯片，其性能在某些方面甚至稍強(qiáng)于英特爾芯片，同時(shí)在建設(shè)過(guò)程中我國(guó)也自主研發(fā)了許多新的算法，在提高計(jì)算效率的同時(shí)也優(yōu)化了計(jì)算的準(zhǔn)確性。

我國(guó)地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置發(fā)展正朝著領(lǐng)先世界的水平不斷前進(jìn)，未來(lái)將為我們的生活帶來(lái)更多好的改變。

監(jiān)制：郭靜

記者：鶴佳

編輯：楊揚(yáng) 潘雨薇