地球系統(tǒng)模擬大科學(xué)裝置為地球把脈

文 陸成寬

圖/新華社

人類活動(dòng)將對(duì)地球產(chǎn)生何種影響？這樣的影響又會(huì)如何反作用于人類？關(guān)于地球的未來，人們有很多問題，人們想預(yù)知答案，卻又無法在真實(shí)的環(huán)境中實(shí)驗(yàn)。目前，這一狀況將得到改善。前不久，我國(guó)首個(gè)研制成功的地球系統(tǒng)數(shù)值模擬大科學(xué)裝置落成啟用，把地球搬進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，為地球把脈。

新裝置的核心軟件自主研發(fā)

地球系統(tǒng)模擬裝置又稱地球模擬實(shí)驗(yàn)室，簡(jiǎn)而言之，就是對(duì)地球系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，即以地球系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用描述地球系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生命過程及其演化的規(guī)律在超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行大規(guī)模科學(xué)計(jì)算，科學(xué)家們由此得以重現(xiàn)地球的過去、模擬地球的現(xiàn)在、預(yù)測(cè)地球的未來。

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置是我國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以地球系統(tǒng)各圈層數(shù)值模擬軟件為核心，軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，規(guī)模及綜合技術(shù)水平位于世界前列的專用地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置。其核心軟件是中科院大氣物理研究所經(jīng)過長(zhǎng)期科研攻關(guān)自主研發(fā)的地球系統(tǒng)模式，能夠模擬大氣圈、水圈、冰凍圈、巖石圈、生物圈的演變規(guī)律。

作為國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)，各國(guó)科學(xué)家都在積極研發(fā)自己的數(shù)值模式。例如，正在進(jìn)行中的第六次國(guó)際耦合模式比較計(jì)劃，就有來自全球33家機(jī)構(gòu)的約112個(gè)氣候模式版本注冊(cè)參加，其數(shù)量為歷次之最。

雖然目前國(guó)際上已有如此多的數(shù)值模式，但它們絕大多數(shù)仍是氣候系統(tǒng)模式，僅有美國(guó)、歐洲、日本、中國(guó)等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)提交了地球系統(tǒng)模式，其中就包括了由中科院大氣物理研究所牽頭研發(fā)的地球系統(tǒng)模式CASESM2.0。值得一提的是，CAS-ESM正是地球模擬實(shí)驗(yàn)室的核心模式軟件。

“我國(guó)地球模擬實(shí)驗(yàn)室的建成將服務(wù)于應(yīng)對(duì)氣候變化、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、雙碳愿景目標(biāo)、防災(zāi)減災(zāi)等國(guó)家重大需求，能為國(guó)際氣候與環(huán)境談判提供有力的科學(xué)支撐。”中科院大氣物理研究所所長(zhǎng)曹軍驥說。

為實(shí)現(xiàn)碳中和提供科學(xué)支撐

當(dāng)前，應(yīng)對(duì)氣候變化與實(shí)現(xiàn)碳中和，是世界各國(guó)所面臨的共同問題，也是最為復(fù)雜的多邊外交談判議題之一。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已建成專門的地球模擬裝置，從而在全球氣候和環(huán)境變化問題的外交談判中占據(jù)主導(dǎo)地位。

如今，我國(guó)面向地球系統(tǒng)專用數(shù)值模擬裝置的建成將有利于扭轉(zhuǎn)這一局面。“我們要用自己的計(jì)算數(shù)據(jù)作為氣候與環(huán)境領(lǐng)域談判的依據(jù)，提升我國(guó)的國(guó)際話語權(quán)。”中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)得主曾慶存說。

曹軍驥表示，新落成啟用的地球模擬實(shí)驗(yàn)室整體性能與國(guó)際先進(jìn)水平相當(dāng)，具備地球表層各圈層的模擬能力，能夠更全面地考慮地球系統(tǒng)的各種過程，特別是全球生態(tài)和生物地球化學(xué)過程及其與氣候系統(tǒng)的相互作用，并在此基礎(chǔ)上建立起“生態(tài)-氣溫-二氧化碳濃度-碳排放量”的清晰關(guān)系，對(duì)溫室氣體核算、未來升溫預(yù)估提供有力的模擬支撐，助力碳達(dá)峰碳中和愿景目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

比如，陸地系統(tǒng)作為全球最重要的碳匯之一，在助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的過程中，其作用不可忽視。地球模擬實(shí)驗(yàn)室使用的新版全球植被動(dòng)力學(xué)模式能對(duì)全球植被分布和碳通量進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬，從而更準(zhǔn)確地把握陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)和反饋。

因此，地球模擬實(shí)驗(yàn)室的落成和啟用將為實(shí)現(xiàn)碳中和提供強(qiáng)有力的科技支撐。（據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》）■