地球系统科学(地球系统科学专业)

“在全球超算发展过程中，地球系统科学发展一直是非常重要的驱动引擎，利用最先进的超算来发展新一代地球系统模式与数字孪生系统非常重要。”8月24日，第十九届全国高性能计算学术年会在山东青岛举行，中国科学院院士、崂山实验室主任吴立新以“超算与地球系统”为主题作主旨演讲。

《科学》杂志在创刊125周年时，发布了125个最具挑战的科学问题，前25个涉及到地球及相关的科学问题包括：地球内部是如何运转的，温室效应会使地球温度达到多高，地球到底能负担多少人口，什么时间用什么能源可以替代石油，地球生命在何处产生、如何产生，地球人类在宇宙中是否独一无二。

吴立新表示，以上六大前沿问题是当前地球科学面临的新挑战，要回答这些问题，离不开海洋，海洋是撬开这些挑战的重要窗口。

因为海洋是人类居住的重要空间依托和贸易的关键通道，40%的地球人口居住在离海岸100公里以内，国际贸易70%是靠航运来实现的。海洋是地球气候系统最为重要的调节器，吸收了超过30%的人类排放的二氧化碳和90%的由于温室气体增加所导致的过多的热量，同时深海是资源、能源的宝库，是孕育重大科学发现与创新、拓展人类认知边界的新疆域。

“对科学界来说，今天面临的气候变化，最基本的问题是要回答二氧化碳的增加到底让地球温度能升高多少，很遗憾的是，当前所有地球气候模式都存在着‘过热’的问题。”吴立新解释说，过去2.5万年，二氧化碳浓度升高了大约2倍左右，温度变幅5-10摄氏度。按照今天的气候模式预估，到2100年，如果二氧化碳浓度比工业革命前增加1倍，温度升高的量级基本上跟过去2万年差不多，预测变幅在2-6摄氏度左右，存在着很大的不确定性。

为了解决当前气候变化相关科学问题，现在全世界都在致力于发展公里级高分辨率的地球气候系统模式。“崂山实验室已经初步发展出全球大气5公里、海洋3公里超高分辨率的地球气候系统模式，这背后离不开强大的算力支撑。”吴立新表示，目前正在推动“穿越地球时空计划”，希望用高分辨率地球系统模式，再现过去2万年地球环境、气候变化，回答未来地球气候系统到底往哪个方向演化。

“地球气候环境变化历史能够给我们提供参考依据，也只有弄清了历史，未来预测才有基础。而这一切的实现需要高质量历史及现代数据、高分辨率地球系统模式、一流的超级计算与存储能力。”吴立新说。

吴立新表示，海洋与地球科学的发展事关气候、能源、资源、环境、粮食等安全，必将持续成为超算发展的重要引擎。我国超算要形成更加开放的学科生态体系，协同构建自主可控高效的基础软件生态、场景应用生态。同时，超算与人工智能深度融合的时代已经来临，必将催生新的科研范式和重大颠覆性创新。（记者 肖春芳）

来源： 光明网