准确预测气候和环境危机，有赖于对庞大而复杂的地球系统的深入了解。然而，依靠传统理论和观测实验方法，远不能满足系统研究地球各圈层自身演化规律及其相互作用规律的要求。如今，将理论模式和大规模计算相结合的数值模拟技术的发展，让探索地球、读懂地球成为可能。

　　“地球科学高端研讨会暨模式装置发布落成仪式”日前在京举行。中科院大气物理所、曙光信息产业（北京）有限公司、中科院计算所、中科院计算机网络信息中心联合发布了“地球数值模拟装置”原型系统（以下简称原型系统）。

　　这套基于中科院地球系统模式1.0版本的高性能计算机系统的发布，填补了我国地球系统模式大数据实践平台的空白。

　　地球系统科学的“实验室” 

　　中科院大气物理所副研究员张贺将地球系统模式比喻为“地球系统科学的‘实验室’”。它让复杂的地球科学研究也能像化学、物理学研究一样，在实验室中设计和进行各类可控的科学试验。

　　地球系统模式1.0版本是原型系统的软件构成部分。它被视作原型系统的灵魂，也是原型系统最大的亮点。张贺称，它是“中国真正意义上具有自主知识产权的地球系统模式”。

　　原型系统取用了大科学工程“地球数值模拟装置”建设规模的1/10，呈现为一个内径5米的立方体。据了解，它将全年24小时不间断运行，从硬件配置架构和科学软件检验两方面，对“地球系统数值模拟装置”建设方案的有效性和可行性进行证实与完善。

　　“原型系统是我国‘解读地球计划’的核心内容。在‘地球数据模拟装置’项目正式落地之前，原型系统担负着验证大科学装置建设方案可行性的责任。”中科院院士、大气动力学家曾庆存介绍说，原型系统的落成和成功运行，将有力地推动大科学装置的建设。

　　大科学装置有大智慧 

　　人类赖以生存的地球系统涵盖了大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和冰冻圈。原型系统对这5个圈层的研究，都要在一个系统下科学合理地耦合在一起，从而为模拟未来气候变化、预测气候变化对生态和环境的影响提供科技支撑。

　　据中科院大气物理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，可以更加逼真地实现对大气、洋流、路面过程、生态等方面的仿真研究。

　　有了强大的“内核”，也要有强大的硬件作支撑。原型系统的计算机硬件是由曙光公司研发的我国地球系统模拟领域的第一台专用计算机。中科院大气物理所信息科学中心主任周广庆告诉记者，原型系统一天可计算6年的地球数据。

　　这套强大的科学装置的能力，得到与会专家的高度肯定。中国工程院院士丁一汇表示，原型系统为我国环境科学的进一步发展提供了非常重要的基础。中科院计算所研究员张云泉也用“里程碑”评价原型系统。

　　读懂地球意义非凡 

　　中国地球数值模拟的发展，不仅是受严峻的生态环境形势所迫，更有十分复杂的国际环境为背景。

　　日本依托“地球模拟器”建立了当前最高分辨率的短期气候预测系统，使其年季气候预测水平领先全球，并借此提高了自身的国际影响力。美国国家大气研究中心则凭借世界领先的数值模拟装置“Yellowstone”，主导了政府间气候变化专门委员会气候变化预估试验的设计和评估报告的撰写。

　　由于缺乏自己的计算数据作支撑，我国的发展权常常受到西方国家的挟制。“我们需要有自己的计算数据作为谈判依据，以提升我国在气候与环境领域的国际话语权。”曾庆存称。

　　于是，2009年，经叶笃正等6位中科院院士联名建议，国家发展改革委在《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012-2030年）》中，将“地球系统数值模拟装置”纳入“十二五”大科学装置建设规划。

　　在曾庆存看来，除了为我国的国际气候谈判提供坚实的科学数据，原型系统的落成还对中国环境的控制、治理及预报有着深远的意义。

　　作为应用方代表，丁一汇也表达了类似观点。“地球数值模拟系统为研究天气和气候一体化模式提供了坚实的基础。”他认为，“到2030年前后，我国的温室气体峰值会下降，环境也会得到彻底改善。其间，这一系统将发挥非常重要的作用。”