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央廣網(wǎng)北京6月26日消息 據(jù)中央廣播電視總臺中國之聲《新聞超鏈接》報道,23日,我國首個研制成功的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬大科學(xué)裝置,在北京懷柔科學(xué)城落成啟用。該裝置將用來計算出大氣圈、水圈、冰凍圈等的運動變化規(guī)律,對地球的過去進行反演、對現(xiàn)在進行觀察、對未來進行預(yù)測。

把地球搬進實驗室,是如何做到的?地球五個圈層如何互相影響?我國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,但實際上,它并不是我們熟知的類似于超級計算機的大型裝置,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計算機上的這些軟件,以及一些相關(guān)的數(shù)值來開展研究。

中國科學(xué)院大氣物理研究所副研究員張賀說,地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置被重點應(yīng)用于計算地球的氣候環(huán)境在未來的演變趨勢,該裝置可以對一些災(zāi)害性的天氣進行模擬,或者是對一些季節(jié)性的氣候環(huán)境進行預(yù)測,比如:干旱洪澇、高溫?zé)崂恕⑴_風(fēng)、沙塵暴等,甚至可以對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量進行預(yù)測。除了對氣候環(huán)境進行模擬和預(yù)測外,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”的達成,治理大氣污染。

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置是怎樣工作的?

認識地球各圈層的基本規(guī)律是研究者利用裝置進行模擬的基礎(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。裝置的模擬過程實際上就是在模擬地球上五個圈層互相作用的過程。對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,冰雪會融化。冰雪融化后,地表的反照率大大降低,地表和大氣就會吸收更多的太陽光,導(dǎo)致溫度進一步上升,從而導(dǎo)致積雪也進一步融化。在圈層的活動中,人類的活動非常重要且十分復(fù)雜,我們的生產(chǎn)和生活會對地球的各個圈層產(chǎn)生一系列的影響。

在了解各圈層的基本規(guī)律后,研究者會形成數(shù)學(xué)方程式以表達規(guī)律,之后將數(shù)學(xué)方程式結(jié)合計算機程序算法形成一個數(shù)學(xué)物理模型,最后將此模型放到計算機上進行計算,求出方程式的解,完成一次模擬。

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

我國的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置的水平如何?

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置計算過程復(fù)雜,對計算機要求高,既依賴硬件,又依賴軟件以及算法和數(shù)據(jù),只有綜合實力強大的國家才有能力進行這方面的研制。

我國雖然在上世紀五六十年代就已開展相關(guān)研究,但大約在上世紀八十年代,我國才開發(fā)出一個完整實用的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬模式。從八十年代至今,我國的模式也在不斷的改進完善。我國的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置在剛建成時要遠遠落后于日本等發(fā)達國家,但如今我們與發(fā)達國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產(chǎn)芯片,其性能在某些方面甚至稍強于英特爾芯片,同時在建設(shè)過程中我國也自主研發(fā)了許多新的算法,在提高計算效率的同時也優(yōu)化了計算的準確性。

我國地球系統(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,未來將為我們的生活帶來更多好的改變。

責(zé)任編輯:趙睿

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