我国海洋模拟迎新突破：全球公里级精度“显微镜”下探秘海洋气候
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近期，中国科学界在海洋气候模拟领域取得了重大突破。由中国科学院大气物理研究所、崂山实验室以及中国科学院计算机网络信息中心携手合作，成功研发出全球首个水平分辨率达到1公里的全球海洋环流模式——LICOMK++。这一模式在跨异构超算平台上实现了性能可移植与科学试验的双重飞跃。
海洋作为地球气候系统的核心组成部分，扮演着能量与碳汇调节的关键角色。它吸收了全球变暖带来的超过90%的新增热量，以及超过30%的人为二氧化碳排放。近年来，随着极端气候事件的频发，对海洋中涡旋、锋面等中小尺度过程的深入理解和模拟，已成为提升气候预测准确性的关键所在。
LICOMK++模式的诞生，标志着全球海洋模拟分辨率迈入了1公里的新纪元。该模式如同在“海洋地图”上安装了一副“显微镜”，能够精准捕捉海洋中的亚中尺度过程，如涡旋和锋面等复杂动力现象。这些精细过程对全球热量与物质的传输与分布具有深远影响，对于预测和理解极端气象事件，如海洋热浪、台风和极端降水等，具有不可估量的价值。
据测试结果显示，LICOMK++模式成功再现了多个关键海区的中小尺度环流结构，展现出卓越的模拟能力。这些环流结构对全球热量与物质的传输分布具有重要影响，且与极端气候事件的发生和强度密切相关。通过这一模式，气象部门能够获取更高质量的海洋初始场信息和边界条件数据，进而提升全球和区域海洋环境变化的气候预测能力。
该研究成果不仅获得了中国计算机学会HPC China 2024超算年度最佳应用奖，还成功入围了世界高性能超算应用领域最高奖——戈登·贝尔气候建模奖，成为全球仅有的三个入围成果之一，彰显了其卓越的科研价值和应用潜力。
LICOMK++模式的成功研发，得益于三大技术突破。在异构平台性能可移植方面，研究团队采用Kokkos编程框架，通过统一内存管理和异构模板编程技术的优化，为国产异构超算体系结构和编程模型多样性带来的挑战提供了全新解决方案，实现了模式编码在不同异构超算平台上的性能可移植。在大规模并行方面，团队通过一系列技术创新，成功突破了全球1公里水平分辨率每天1模式年的性能挑战，实现了全球1公里整机并行效率超过50%，为全球公里尺度模式在模拟和业务预报中的应用提供了宝贵参考。在模拟能力方面，LICOMK++模式实现了全球1公里水平分辨率海洋环流的真实模拟，在表达海洋中尺度至亚中尺度过程以及刻画复杂海陆地形对海流的影响方面实现了质的飞跃。
LICOMK++模式的成功研发，不仅标志着中国在海洋气候模拟领域取得了重大进展，更为全球气候治理和可持续发展提供了强有力的科技支撑。未来，该模式有望与地球系统模式的其他模块耦合，进一步推动对地球多圈层相互作用的全面理解，为应对全球气候变化挑战贡献中国智慧和中国方案。
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