中国科学家突破全球1公里分辨率海洋环流模拟技术
时间：2025-06-12 11:45
小编：小世评选
近期，中国科学院大气物理研究所、崂山实验室和中国科学院计算机网络信息中心等科研单位合作，克服多项技术难题，成功建立了一个新的海洋环流模式——LICOMK++。这一模式的水平分辨率达到1公里，使其成为全球首创的高分辨率海洋环流模拟工具，标志着中国在气候模拟领域的又一重大突破。
海洋是地球气候系统的重要组成部分，不仅拥有调节气候的能力，还对能量和碳循环起着关键作用。根据数据显示，海洋吸收了超过90%的全球变暖所带来的新增热量，以及逾30%的人为二氧化碳排放。因此，提升对海洋中涡旋、锋面等中小尺度过程的模拟能力，对提高气候预测的准确性至关重要。LICOMK++模式的研发，正是为了应对这种迫切的需求。
该模式的构建让全球海洋的模拟分辨率提高至1公里，可以比作在全球海洋图上添置了一部“显微镜”，精确捕捉海洋的涡旋及锋面等复杂的动力过程。这些细致的模拟对于全球热量和物质的输运与分布有着重要影响，并与极端气象事件（如海洋热浪、强台风及极端降水等）的发生和强度密切相关。经过模式的测试，LICOMK++能够有效再现全球多个重要海域的中小尺度环流结构，不仅展示了其强大的过程模拟能力，也为海洋环境变化的气候预测提供了更高质量的初始场信息和边界条件数据。
在高水平的技术支持下，该模式的研发进展迅速。研究团队以Kokkos作为编程框架，设计和优化了统一内存管理和异构模板编程技术，使其能够在国产异构超算体系结构上高效运行。这一创新有效解决了由于编程模型多样性造成的“编程墙”问题，实现了在曙光、神威、华为和英伟达等不同高性能计算上的性能可移植性。
在并行计算方面，研究团队通过去除非海洋点、重排网格点技术及区域适应的边界通信算法，并结合流水线数据传输技术，较大程度上提升了全球1公里分辨率模拟的性能效率。其整机并行效率在多个上超过50%，不仅成功突破了每天模拟1年模式年所面临的性能挑战，同时为全球公里级海洋模拟在实际应用中提供了有力的参考。
LICOMK++模式更是在模拟能力方面展现出质的飞跃，能够真实地表达海洋中尺度 — 亚中尺度过程，并极大程度上刻画复杂海陆地形对海流的影响，表现出捕捉快速变化的海洋过程的潜力。研究团队的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，还入围了戈登·贝尔气候建模奖这一超算领域的最高奖项。
随着全球高质量数据需求的提升，LICOMK++模式将不仅助力于全球气候治理、推动可持续发展，也将为数据驱动型决策系统的建设提供基础工具。未来，LICOMK++模式可以与地球系统的其他模块进行耦合，进一步扩展对地球多圈层相互作用的理解。
中国科学家在海洋环流模拟技术上的成功突破，不仅提高了全球气候和海洋预测的准确性与可靠性，更将推动海洋科学研究向更深层次发展，为应对全球气候变化和生态环境保护提供了有力的科学支撑。科学家们期望LICOMK++能力的提升能够更好地服务于人类应对气候变化的挑战，为未来的可持续发展奠定坚实基础。
