記者從中國科學技術大學獲悉，該校地球和空間科學學院趙純教授課題組與計算機科學與技術學院安虹教授課題組聯(lián)合攻關，在新一代神威超級計算機上首次實現(xiàn)了長達7天的全球3公里空間分辨率大氣物理-化學全耦合數(shù)值模擬試驗，全面展現(xiàn)了新一代國產(chǎn)超級計算機軟硬件系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和可用性，以及在其上構建全球高分辨率大氣模擬系統(tǒng)的重大應用前景。研究成果日前在線發(fā)表于《科學學報》上。

中國科大供圖。

大氣數(shù)值模擬是研究和預測災害性天氣事件的關鍵手段。由于大氣系統(tǒng)中包含了不同時空尺度過程以及它們之間的相互作用，因此為了提高數(shù)值預報能力，模式需要具備精細的時空分辨率。此外，大氣數(shù)值模式還需要包括許多復雜的物理和化學過程，而構建這樣的大氣數(shù)值模式，會帶來模擬計算量的指數(shù)增長和極大規(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)問題。

科研人員基于新一代國產(chǎn)神威超算平臺，研發(fā)了包含大氣成分演變過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、并行計算效率、規(guī)模可擴展性、運行時效性等多個方面填補了國內(nèi)外大氣數(shù)值模擬的空白。研究人員將數(shù)值模擬試驗的規(guī)模擴展到近4000萬處理器核時，并行效率仍保持在76.2%，在頻繁的大規(guī)模數(shù)據(jù)讀寫的情景下實現(xiàn)了每小時模擬0.82天的速度，實現(xiàn)了全球3 公里大氣物理-化學耦合的高效數(shù)值模擬試驗, 達到了國際領先水平。

這項成果初步揭示了全球高分辨率大氣物理-化學耦合模擬能顯著改善極端天氣事件預報的準確性，展現(xiàn)出高空間分辨率和耦合化學反饋效應對數(shù)值天氣和空氣質(zhì)量預報的重要意義，對預報極端和高影響天氣以及大氣污染事件具有重大應用前景。

關鍵詞： 數(shù)值模擬 高分辨率 空間分辨率 大氣成分 大氣污染