中国“解读地球计划”启动：为何解？怎么解？
中新网北京9月23日电 (记者 张素)“解读地球，中国准备好了！”23日，中国科学院地球系统模式1.0、“地球数值模拟装置”原型系统在北京发布时，有科学家在现场发出这样的感叹。为何解？怎么解？记者在发布现场采访相关专家。
经过一百多年的发展，人类直接生存和技术活动的地球环境已从传统的陆面、水面扩展至天空、空间大气层外、水下和地下。与此同时，全球变暖、干旱、洪涝、大气污染、水污染、臭氧洞、物种灭绝等气候灾害和环境危机已敲响警钟。
据统计，中国每年重大气候灾害影响的人口大约达4亿人次，所造成的经济损失约占国民生产总值的1%—3%。如何准确预测气候和环境危机，成为摆在科学家面前的一道难题。
“解决这类大尺度的区域全球多圈层的复杂的科学问题，越来越依仗发展完善的数值模拟手段。”中国科学院条件保障与财务局局长吴建国说。
意识到传统理论和观测实验方法无法满足地球系统科学的需求，只有将理论模式和大规模计算结合的数值模拟才有可能实现，美、欧、日等发达国家早已建有软硬件结合的面向地球系统的专门模拟装置。
比如，美国国家大气科学中心凭借“Yellowstone”一直主导着全球变暖预估试验的设计和撰写评估报告。日本利用其定制的“地球模拟器”已建立当前最高分辨率的短期气候预测系统，极大提高国际影响力。
中国科学院大气物理研究所所长朱江说，中国数值模式研究起步早、技术好，但因为没有专门的高性能计算机系统来支撑，也是由于对数值模式的功能性重视不够，与国际先进水平存在一定的差距。
2013年3月，国务院印发了《国家重大科学技术设施建设中长期规划》，将地球系统数值模拟装置作为“十二五”时期优先安排的16项重大科学技术设施建设项目之一。当日发布的“地球数值模拟装置”原型系统自2015年3月启动，旨在从硬件配置架构和科学软件检测两方面证实该建设方案的有效性和可行性。
据悉，原型系统测试以来先后模拟了地表气温与降水、空气质量预报、提供未来3—7天气象预报等，“在目前比较小的测试规模下，各个应用都能够满足像素的要求，计算速度比主流高性能计算机快10—30%”。
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。其最大的亮点，当属中国科学家自主研发的“地球系统模式1.0版本”。
设计者代表、中科院大气所研究员张明华介绍，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。
“这表明，我们自己设计的中国地球系统模型是可行的。”朱江告诉记者，目前已完成4组测试，测试了约160年时间积分，测试结果符合预期。
中科院计算技术研究所研究员张云泉认为，这个模式意味着很多算法已可做实验，再不是“纸上谈兵”，同时也为整个系统的下一步研发奠定了坚实的基础。
针对“地球系统模式1.0版本”，曙光信息产业(北京)有限公司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。中科院计算技术研究所、中科院计算机网络信息中心亦参与其中。
“以往的高性能计算机如天河一号、曙光6000等是通用型，不会为了应用特点进行专门设计。而专用系统是从地球系统模式的算法及特点出发，研发体系架构互联网络。”张云泉说，此外还考虑节约能耗、市场需求等进行相应改进、
曙光公司高性能计算方案部副经理李斌解释，地球数值模拟把地球划分为立方体的网格，每一个网格及其周边网格的相互作用较强，对应到软件里格点之间的关系。对此，采用同样呈立方体网架结构的3D-TORUS，发挥出最大效率，满足通信速度要求，“超级计算机针对应用软件进行设计，在国内来说也是一个里程碑”。
专家估算，原型系统比传统的高性能计算机节电超过30%，降低CPU核温近10摄氏度，通过液冷技术使CPU性能提高了5%，“未来建设大装置时将在现有装置上进行无缝扩展”。他们将对软件和硬件进行完善和研究，使科学家尽快借助该系统为预测气候、治理灰霾、探索地球规律等领域提供有益成果。(完)