把地球“搬”进实验室

    本报北京6月23日电（记者齐芳）“十二五”国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”23日在北京怀柔科学城落成启用。这是我国首个研制成功的地球系统数值模拟大科学装置，被形容为“把地球‘搬’进实验室”，将服务于应对气候变化、生态环境建设、双碳愿景目标、防灾减灾（如天气预报）等国家重大需求，为国际气候与环境谈判提供有力的科学支撑。

    “地球系统数值模拟装置”2018年经国家发改委批复，全面开工建设。中国科学院大气物理研究所是其建设法人，清华大学为共建单位。

    人类活动将对地球产生何种影响？这样的影响又会如何反作用于人类？关于地球的未来，人们有很多问题，人们想预知答案，却又无法在真实的环境中实验。于是，科学家们提出了数值模拟的方法——用建立数学模型和电子计算机求解的方法，来验证相关理论正确与否。地球系统模式软件是复杂的巨系统模型，需要多学科紧密联系，这是大气科学、计算科学和计算机技术融合的一个典型。

    据介绍，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核心，软、硬件协同设计，规模及综合技术水平位于世界前列的专用地球系统数值模拟装置。其核心软件是中国科学院大气物理研究所经过长期科研攻关，自主研发的地球系统模式，集成耦合了包含大气、海洋、陆面、植被生态、大气化学、海洋生化、陆地生化在内的7个分系统模式，能够模拟大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈的演变规律，对地球的过去进行反演、对现在进行观察、对未来进行预测。

    这一基础设施的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，能够更全面地考虑地球系统的各种过程，特别是全球生态和生物地球化学过程及其与气候系统的相互作用，并在此基础上建立起“生态-气温-二氧化碳浓度-碳排放量”的清晰关系，可以对温室气体核算、未来升温预估提供有力的模拟支撑，助力碳达峰、碳中和愿景目标的实现。同时，地球系统数值模拟装置建设的“区域高精度环境模拟系统”也将显著提升我国应对环境问题的能力，使我国防灾减灾水平跃升到新高度。

    这一装置的建成，也将为人们应对全球气候和环境变化增添底气。国家最高科学技术奖得主曾庆存院士说：“我们要用自己的计算数据作为气候与环境领域谈判的依据，提升我国的国际话语权。”

    未来，随着日地空间环境模式、大陆冰盖模式和固体地球模式建设并逐步耦合到地球系统模式中，地球数值模拟装置将实现从地球系统到空间天气的全耦合数值模拟，这将进一步推动地球科学的理论化和数值化，推动地学不同学科之间的交叉和融合，促进我国地球系统科学整体迈向国际一流水平。