近日，中國科學(xué)院大氣物理研究所、嶗山實驗室和中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心等單位聯(lián)合攻關(guān)，成功構(gòu)建全球首個水平分辨率達(dá)1公里的全球海洋環(huán)流模式LICOMK++，在跨異構(gòu)超算平臺實現(xiàn)全球公里級氣候海洋模擬的性能可移植與科學(xué)試驗雙重突破。

海洋是地球氣候系統(tǒng)中重要的能量和碳匯調(diào)節(jié)器，吸收了超過90%的全球變暖所帶來的新增熱量以及30%以上的人為二氧化碳排放。近年來，隨著極端氣候事件頻發(fā)，對海洋中渦旋、鋒面等中小尺度過程的模擬和理解，成為提高氣候預(yù)測精度的關(guān)鍵。

此次構(gòu)建的LICOMK++模式，將全球海洋模擬分辨率提升至1公里，能夠直接模擬海洋中的亞中尺度過程，相當(dāng)于在全球“海洋地圖”上嵌入一副細(xì)致入微的“顯微鏡”，可精確捕捉海洋渦旋和鋒面等復(fù)雜動力過程。這些精細(xì)的海洋動力過程直接影響著全球熱量和物質(zhì)的輸運與分布，對于理解與預(yù)測極端氣象事件具有重要作用。

模式試驗結(jié)果顯示，LICOMK++能夠再現(xiàn)多個關(guān)鍵海區(qū)的中小尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)，并展現(xiàn)出較強(qiáng)的過程模擬能力。這些過程對全球熱量與物質(zhì)的輸運分布具有顯著影響，也與海洋熱浪、強(qiáng)臺風(fēng)、極端降水等事件的發(fā)生和強(qiáng)度密切相關(guān)。通過這一模式，氣象部門可以獲得更高質(zhì)量的海洋初始場信息和邊界條件數(shù)據(jù)，有助于提升全球和區(qū)域海洋環(huán)境變化氣候預(yù)測能力。

全球1公里模擬2016年1月19日的表面海洋動能。受訪者供圖

未來，該模式可通過與地球系統(tǒng)模式的其他模塊耦合，進(jìn)一步推動對地球多圈層相互作用的全面理解。同時，隨著對高質(zhì)量數(shù)據(jù)需求的提升，LICOMK++也可作為“數(shù)字孿生海洋”的基礎(chǔ)工具，支持新一代數(shù)據(jù)驅(qū)動型決策系統(tǒng)建設(shè)，可在助力全球氣候治理、推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮科技支撐作用。

目前，該研究成果已獲得中國計算機(jī)學(xué)會HPC China 2024超算年度最佳應(yīng)用獎，并入圍世界高性能超算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎——戈登·貝爾氣候建模獎，是2024年全球僅有的三個入圍成果之一。