近期，中國(guó)科學(xué)界在海洋氣候模擬領(lǐng)域取得了重大突破。由中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所、嶗山實(shí)驗(yàn)室以及中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心攜手合作，成功研發(fā)出全球首個(gè)水平分辨率達(dá)到1公里的全球海洋環(huán)流模式——LICOMK++。這一模式在跨異構(gòu)超算平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了性能可移植與科學(xué)試驗(yàn)的雙重飛躍。

海洋作為地球氣候系統(tǒng)的核心組成部分，扮演著能量與碳匯調(diào)節(jié)的關(guān)鍵角色。它吸收了全球變暖帶來(lái)的超過(guò)90%的新增熱量，以及超過(guò)30%的人為二氧化碳排放。近年來(lái)，隨著極端氣候事件的頻發(fā)，對(duì)海洋中渦旋、鋒面等中小尺度過(guò)程的深入理解和模擬，已成為提升氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵所在。

LICOMK++模式的誕生，標(biāo)志著全球海洋模擬分辨率邁入了1公里的新紀(jì)元。該模式如同在“海洋地圖”上安裝了一副“顯微鏡”，能夠精準(zhǔn)捕捉海洋中的亞中尺度過(guò)程，如渦旋和鋒面等復(fù)雜動(dòng)力現(xiàn)象。這些精細(xì)過(guò)程對(duì)全球熱量與物質(zhì)的傳輸與分布具有深遠(yuǎn)影響，對(duì)于預(yù)測(cè)和理解極端氣象事件，如海洋熱浪、臺(tái)風(fēng)和極端降水等，具有不可估量的價(jià)值。

據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示，LICOMK++模式成功再現(xiàn)了多個(gè)關(guān)鍵海區(qū)的中小尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出卓越的模擬能力。這些環(huán)流結(jié)構(gòu)對(duì)全球熱量與物質(zhì)的傳輸分布具有重要影響，且與極端氣候事件的發(fā)生和強(qiáng)度密切相關(guān)。通過(guò)這一模式，氣象部門(mén)能夠獲取更高質(zhì)量的海洋初始場(chǎng)信息和邊界條件數(shù)據(jù)，進(jìn)而提升全球和區(qū)域海洋環(huán)境變化的氣候預(yù)測(cè)能力。

該研究成果不僅獲得了中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)HPC China 2024超算年度最佳應(yīng)用獎(jiǎng)，還成功入圍了世界高性能超算應(yīng)用領(lǐng)域最高獎(jiǎng)——戈登·貝爾氣候建模獎(jiǎng)，成為全球僅有的三個(gè)入圍成果之一，彰顯了其卓越的科研價(jià)值和應(yīng)用潛力。

LICOMK++模式的成功研發(fā)，得益于三大技術(shù)突破。在異構(gòu)平臺(tái)性能可移植方面，研究團(tuán)隊(duì)采用Kokkos編程框架，通過(guò)統(tǒng)一內(nèi)存管理和異構(gòu)模板編程技術(shù)的優(yōu)化，為國(guó)產(chǎn)異構(gòu)超算體系結(jié)構(gòu)和編程模型多樣性帶來(lái)的挑戰(zhàn)提供了全新解決方案，實(shí)現(xiàn)了模式編碼在不同異構(gòu)超算平臺(tái)上的性能可移植。在大規(guī)模并行方面，團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列技術(shù)創(chuàng)新，成功突破了全球1公里水平分辨率每天1模式年的性能挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)了全球1公里整機(jī)并行效率超過(guò)50%，為全球公里尺度模式在模擬和業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用提供了寶貴參考。在模擬能力方面，LICOMK++模式實(shí)現(xiàn)了全球1公里水平分辨率海洋環(huán)流的真實(shí)模擬，在表達(dá)海洋中尺度至亞中尺度過(guò)程以及刻畫(huà)復(fù)雜海陸地形對(duì)海流的影響方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

LICOMK++模式的成功研發(fā)，不僅標(biāo)志著中國(guó)在海洋氣候模擬領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，更為全球氣候治理和可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的科技支撐。未來(lái)，該模式有望與地球系統(tǒng)模式的其他模塊耦合，進(jìn)一步推動(dòng)對(duì)地球多圈層相互作用的全面理解，為應(yīng)對(duì)全球氣候變化挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和中國(guó)方案。