全球公里尺度大气物理-化学全耦合数值模拟首次实现

深蓝色的畅想

记者从中国科学技术大学获悉，该校地球和空间科学学院赵纯教授课题组与计算机科学与技术学院安虹教授课题组联合攻关，在新一代神威超级计算机上首次实现了长达7天的全球3公里空间分辨率大气物理-化学全耦合数值模拟试验，全面展现了新一代国产超级计算机软硬件系统的可靠性、稳定性和可用性，以及在其上构建全球高分辨率大气模拟系统的重大应用前景。研究成果日前在线发表于《科学学报》上。

大气数值模拟是研究和预测灾害性天气事件的关键手段。由于大气系统中包含了不同时空尺度过程以及它们之间的相互作用，因此为了提高数值预报能力，模式需要具备精细的时空分辨率。此外，大气数值模式还需要包括许多复杂的物理和化学过程，而构建这样的大气数值模式，会带来模拟计算量的指数增长和极大规模的数据读写需求，使得包含大气成分演变过程的全球高分辨率大气数值模式至今仍然是难以突破的挑战问题。

科研人员基于新一代国产神威超算平台，研发了包含大气成分演变过程的全球高分辨率非静力平衡大气数值模式iAMAS，在大规模数据读写速度、并行计算效率、规模可扩展性、运行时效性等多个方面填补了国内外大气数值模拟的空白。研究人员将数值模拟试验的规模扩展到近4000万处理器核时，并行效率仍保持在76.2%，在频繁的大规模数据读写的情景下实现了每小时模拟0.82天的速度，实现了全球3 公里大气物理-化学耦合的高效数值模拟试验, 达到了国际领先水平。

这项成果初步揭示了全球高分辨率大气物理-化学耦合模拟能显著改善极端天气事件预报的准确性，展现出高空间分辨率和耦合化学反馈效应对数值天气和空气质量预报的重要意义，对预报极端和高影响天气以及大气污染事件具有重大应用前景。