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地球系统模拟开启地学新纪元
[添加日期:2017/5/25]   浏览次数:6378
    “地球系统模拟是一项战略技术,不仅对研究地球系统科学十分重要,而且是衡量一个国家地球科学研究综合水平的重要指标,也是应对全球变化、减灾防灾、环境治理必不可少的科学支撑。”日前,在中国科学院大气物理研究所召开的地球系统模拟科学和技术高层战略研讨会上,中国科学院院士徐冠华这样阐释地球系统模拟的价值。
    无可替代的数值模拟实验平台
    所谓地球系统模拟,就是利用描述地球系统(气候、生态、环境、固体地球、近地空间乃至深层空间)的物理、化学和生命过程及其演化的规律,在超级计算机上进行大规模的科学计算,以认识和再现地球系统过去和当代的状况,并预测未来。
     全球气候变化、大气污染、暴雨、台风、地震……从科学上认识这些问题、预测其发展趋势、制定相应治理措施,都离不开地球系统模拟。
    “地球科学内部各学科交融的最新特征之一,就是地球系统模式的提出和研制;这同时也是地球科学和数理科学交叉结合的一个典型。”中国科学院院士曾庆存说。
     地球系统科学研究离不开两大支撑平台,即观测实验平台和数值模拟实验平台。
    “数值模拟研究可以大大缩短检验和发展理论的周期,还可完成实验室难以完成的实验,会使地球科学发展得更快。”从事数值模拟研究40余年的曾庆存,一直坚信地球科学的突破是以观测事实为依据,通过数值模拟研究来实现。
     随着各类观测实验不断丰富,对地球系统的认识不断深入,无论是大气、海洋、环境科学,还是生态、固体地球、空间科学,数值模拟实验手段在地球系统科学研究中的地位越来越重要。
以全球气候变化为例,仅就其科学性来说,一个国家能否有话语权并掌握主导权,制定正确的适应对策,除了要掌握更为可靠的科学事实和依据,更要有能力提出自己的令人信服并可利用的对未来的预测。
    “这离不开大规模的地球系统数值模拟。”专家一致认为。
     从纯基础研究到系统工程
   “我国开展地球系统模拟研究并不晚,有一定的基础,但总体上与西方的差距却没有缩小。”
徐冠华认为,很重要的一个原因是把地球系统模拟当成纯粹的基础研究,忽略了其重要的技术性和工程性。
     国际上,以美、日、欧为代表的发达国家和地区都提出了各自的地球系统模拟发展计划。比如:美国原计划于今年年初在国家大气研究中心(NCAR)部署P级的模拟器系统Yellowstone,预计今年夏天投入使用;日本为主要用于地球模拟的新一代计算机K Computer的研制共投入了超过12.5亿美元;欧盟决定向“活地球模拟器”项目投入10亿欧元,该项目预期在2022年建造一个超级计算平台,预测世界社会经济发展趋势及可能出现的全球性危机。
     这些计划有几个共同的特点:都是一种国家行为或多国地区性行为,有一个专门的机构来协调和组织计划的实施,有持久、稳定的经费支持;都十分重视建立一个可供地球系统模式持续发展的具有总体体系结构的公共技术平台;都把观测数据及其处理技术作为地球系统模拟的一个有机整体。
    相比之下,我国地球系统模拟的投入主要采取基础研究项目的形式,硬件更新与国外的差距还相当大,软件开发也是零零碎碎,没有提到系统工程的高度,至今没有一个国家级的地球系统科学模拟研究中心。
     “这种状况必须尽快改变。”徐冠华说。
      据了解,由中国科学院大气物理研究所牵头的地球系统科学模拟装置项目,日前经国家发展改革委批准被列入国家重大科技基础设施建设项目。
     项目建设目标是,在2015年底建成我国的地球系统科学模拟装置,使我国具备地球表面全圈层模拟能力,高空间分辨率和长期气候系统变化的模拟能力,对各类物理、化学和生物过程的精细描述能力,海量数据的高效挖掘分析和交互式可视化能力。
    “任务非常艰巨。”徐冠华希望在研制过程中关注先进性和开放性,“各个相关部门齐心协力,把自己的优势拿出来,中国的地球系统科学研究一定会有非常光明的前景”。△

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