地球“过热”问题如何解决？吴立新院士：超算将发挥重要作用

来源：科技日报 2023-08-25 18:31:06

科技日报记者付丽丽

“当前，全球气候模式‘过热’。过去2.5万年地球升温5—10℃，按照今天的气候模式，未来百年预测温度变幅为2-6℃。地球‘过热’问题如何解决？超算将发挥重要作用。”8月24日—25日，全国高性能计算学术年会在山东青岛举办，中国科学院院士、崂山实验室主任吴立新在会上说。

(相关资料图)

大会会场。主办方供图

吴立新介绍，《科学》杂志曾发布最具挑战的地球及相关科学问题，包括地球内部如何运行、温室效应使地球温度达到多高、地球到底负担多少人口、什么时间什么能源替代石油、地球生命在何处产生以及如何产生、地球人类在宇宙中是否独一无二等。

“这六大前沿问题是当今地球科学所面临的挑战，要回答这些问题，离不开海洋。”吴立新说，海洋与地球系统科学的发展事关气候、能源、资源、环境、粮食等安全，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%是航运来实现的。

同时，海洋是地球气候系统最为重要的调节器，吸收了30%的二氧化碳、90%的热量。然而，目前人们对海洋的认识不到10%。

吴立新表示，要解决地球“过热”问题，必须把海洋搞清楚。为此，山东提出透明海洋战略，即使用现代海洋观测与探测技术，构建“海洋物联网”体系，在数字海洋的基础上，对其进行系统化的感知，让海洋的状态、过程、变化更加透明，继而解决海洋环境变化、气候效应等一系列重大科学问题。

“超级计算是透明海洋技术体系的重要组成部分，要发展超高分辨率海洋模式，需要超算学科的支撑，依托算法、大模型、算力、数据进行模拟与预测。”吴立新说，目前，全世界都在致力于发展公里尺度的高分辨率地球系统模式，如果没有强大的算力支撑，很难做到这一步，气候模式“过热”问题也无从解决。

吴立新认为，要解决地球“过热”问题，还需要回顾地球过去的历史。因此，他们正在推动“穿越地球时空计划”，希望用高分辨率的地球系统模式再现过去2万年地球环境气候变化的历史，回答未来几百年人类地球系统到底往哪个方向发展，这同样离不开超算的支撑。同时，超算还可以让人们能够进入到地球深部，给地球做CT，了解清楚地球的结构，从而为我国国家能源、矿山资源的开发，防灾减灾提供科学依据。

“超算与人工智能深度融合的时代已经来临。它必将是一种新的科学范式，有重大的颠覆性创新。这一次，中国不仅要成为全球超算算力的领跑者之一，同时也希望能够成为全球超算应用的领跑者之一。”吴立新希望，中国超算界能为人类的未来多做几件美好的事情。

正如吴立新所言，超算要形成更加开放的学科生态体系。在中国工程院院士郑纬民看来，夯实软硬件基础设施，为超算算力的释放提供有力支撑成为当前最紧迫的任务。

郑纬民表示，过去十年，我国在顶尖超算系统研制和超算系统部署数量方面处于国际领先行列，但在基础软件生态方面还有待完善，比如如何将领先算力高效转化为解决科学与工程难题的能力，国产超算平台架构多样、应用移植和调优工作量大，国产超算平台支持复杂应用全流程计算的能力亟待改善，跨超算中心协同研发和部署应用的能力亟需提升等。

应对以上挑战，郑纬民提出四点建议：第一，加强超算基础软件研制，提升转化能力；第二，研制统一并行编程模型和编译优化平台；第三，建立国产超算HPDA系统软件栈；第四，深入开展超算算力网络研究。

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