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◎本报记者 陆成宽

虽然给整个地球做实验不现实,但科学家仍有设施为地球切脉。地球上气态的空气、液态的江河湖海、固态的山石冰雪、不停演化的生命体……这些纷繁万物都可以被科学家装进“数值实验室”,用来模拟地球的现状,展望未来的天气转变。

6月23日,国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”在北京怀柔科学城完工启用。这是我国研制乐成的首个具有自主知识产权的地球系统模拟大科学装置。2018年经国家发改委批复,项目周全开工建设。

新装置的焦点软件自主研发

地球系统模拟装置又称地球模拟实验室,简而言之,就是对地球系统举行数值模拟,即以地球系统观察数据为基础,行使形貌地球系统的物理、化学和生命历程及其演化的纪律在超级盘算机上举行大规模科学盘算,科学家们由此得以重现地球的已往、模拟地球的现在、展望地球的未来。

地球系统数值模拟装置是我国首个具有自主知识产权,以地球系统各圈层数值模拟软件为焦点,软、硬件协同设计,规模及综合手艺水平位于天下前线的专用地球系统数值模拟装置。其焦点软件是中国科学院大气物理研究所经由耐久科研攻关自主研发的地球系统模式,能够模拟大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈的演变纪律。

作为国家综合国力的体现,各国科学家都在起劲研发自己的数值模式。例如,正在举行中的第六次国际耦合模式对照设计,就有来自全球33家机构的约112个天气模式版本注册加入,其数目为历次之最。

虽然现在国际上已有云云多的数值模式,但它们绝大多数仍是天气系统模式,仅有美国、欧洲、日本、中国等少数国家和区域提交了地球系统模式,其中就包罗了由中科院大气物理研究所牵头研发的地球系统模式CAS-ESM2.0。值得一提的是,CAS-ESM正是地球模拟实验室的焦点模式软件。

“我国地球模拟实验室的建成将服务于应对天气转变、生态环境建设、双碳愿景目的、防灾减灾等国家重大需求,能够为国际天气与环境谈判提供有力的科学支持。”中科院大气物理研究所所长曹军骥说。

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为实现碳中和提供科学支持

当前,应对天气转变与实现碳中和,是天下各国所面临的配合问题,也是最为庞大的多边外攀谈判议题之一。一些蓬勃国家已建成专门的地球模拟装置,从而在全球天气和环境转变问题的外攀谈判中占有主导职位。

现在,我国面向地球系统专用数值模拟装置的建成将有利于扭转这一事态。“我们要用自己的盘算数据作为天气与环境领域谈判的依据,提升我国的国际话语权。”中国科学院院士、国家最高科学手艺奖得主曾庆存说。

曹军骥示意,新完工启用的地球模拟实验室整体性能与国际先进水平相当,具备地球表层各圈层的模拟能力,能够更周全地思量地球系统的种种历程,稀奇是全球生态和生物地球化学历程及其与天气系统的相互作用,并在此基础上确立起“生态—气温—二氧化碳浓度—碳排放量”的清晰关系,对温室气体核算、未来升温预估提供有力的模拟支持,助力碳达峰碳中和愿景目的的实现。

好比,陆地系统作为全球最主要的碳汇之一,在助力碳中和目的实现的历程中,其作用不能忽视。地球模拟实验室使用的新版全球植被动力学模式能对全球植被漫衍和碳通量举行准确的模拟,从而更准确地掌握陆地生态系统对全球转变的响应和反馈。

因此,地球模拟实验室的完工和启用将为实现碳中和提供强有力的科技支持。

将地球搬进实验室需多学科融合

为什么科学家要把地球搬进实验室?此事说来话长。

20世纪60年月,国际科学界提出地球科学应该怎样生长的问题。那时天下上有两种科学研究方式,一种是理论探讨,即理论剖析、逻辑推算,理论剖析后再用实验去验证,验证准确了才是可靠的理论;另一种是实验剖析。

然则,对于地球科学而言,做实验是不现实的。做关于地球的实验,需要知足的条件太多,没设施保证实验室环境和真实环境所有相符。此外,做实验有时刻要损坏一个“环境”,像生物科学可通过剖解来实现,但对地球却无法开展类似实验,由于地球环境不容损坏。

那时,正值电子盘算机泛起了,于是国际上提出了第三种科学研究的设施,叫数值模拟,或称数值试验。“这一方式简朴来说,就是提出一个理论后,要验证这个理论对纰谬,就需要确立数学模子并行使电子盘算机求解,把经由理论模子盘算后的数值和现实对比,来证实理论展望是不是和现实的一致。”曹军骥说,若是这个数学模子与现实相符,就可用来做模拟实验。

全球环境转变既是科学问题,更是国际天气环境外交的焦点问题之一,关乎国家经济社会可连续生长。这要求科学研究必须突破传统地学各分支学科划分举行研究的方式的局限性,而要用系统的看法和方式将地球各圈层作为统一整体。“地球系统模式软件是庞大的巨系统模子,需要多学科慎密联系,这是大气科学、盘算科学和盘算机手艺融合的一个典型。”曹军骥说。

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    2021-07-20 00:00:38 

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