全球公里尺度大氣物理-化學(xué)全耦合數(shù)值模擬首次實(shí)現(xiàn)

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院趙純教授課題組與計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院安虹教授課題組聯(lián)合攻關(guān)，在新一代神威超級(jí)計(jì)算機(jī)上首次實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)7天的全球3公里空間分辨率大氣物理-化學(xué)全耦合數(shù)值模擬試驗(yàn)，全面展現(xiàn)了新一代國(guó)產(chǎn)超級(jí)計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和可用性，以及在其上構(gòu)建全球高分辨率大氣模擬系統(tǒng)的重大應(yīng)用前景。研究成果日前在線發(fā)表于《科學(xué)學(xué)報(bào)》上。

中國(guó)科大供圖。

大氣數(shù)值模擬是研究和預(yù)測(cè)災(zāi)害性天氣事件的關(guān)鍵手段。由于大氣系統(tǒng)中包含了不同時(shí)空尺度過(guò)程以及它們之間的相互作用，因此為了提高數(shù)值預(yù)報(bào)能力，模式需要具備精細(xì)的時(shí)空分辨率。此外，大氣數(shù)值模式還需要包括許多復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，而構(gòu)建這樣的大氣數(shù)值模式，會(huì)帶來(lái)模擬計(jì)算量的指數(shù)增長(zhǎng)和極大規(guī)模的數(shù)據(jù)讀寫需求，使得包含大氣成分演變過(guò)程的全球高分辨率大氣數(shù)值模式至今仍然是難以突破的挑戰(zhàn)問(wèn)題。

科研人員基于新一代國(guó)產(chǎn)神威超算平臺(tái)，研發(fā)了包含大氣成分演變過(guò)程的全球高分辨率非靜力平衡大氣數(shù)值模式iAMAS，在大規(guī)模數(shù)據(jù)讀寫速度、并行計(jì)算效率、規(guī)模可擴(kuò)展性、運(yùn)行時(shí)效性等多個(gè)方面填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外大氣數(shù)值模擬的空白。研究人員將數(shù)值模擬試驗(yàn)的規(guī)模擴(kuò)展到近4000萬(wàn)處理器核時(shí)，并行效率仍保持在76.2%，在頻繁的大規(guī)模數(shù)據(jù)讀寫的情景下實(shí)現(xiàn)了每小時(shí)模擬0.82天的速度，實(shí)現(xiàn)了全球3 公里大氣物理-化學(xué)耦合的高效數(shù)值模擬試驗(yàn), 達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

這項(xiàng)成果初步揭示了全球高分辨率大氣物理-化學(xué)耦合模擬能顯著改善極端天氣事件預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，展現(xiàn)出高空間分辨率和耦合化學(xué)反饋效應(yīng)對(duì)數(shù)值天氣和空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)的重要意義，對(duì)預(yù)報(bào)極端和高影響天氣以及大氣污染事件具有重大應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 數(shù)值模擬 高分辨率 空間分辨率 大氣成分 大氣污染