中國科學(xué)家近日宣布了一項突破性的成果，他們成功構(gòu)建了一個前所未有的全球海洋環(huán)流模式——LICOMK++。這一模式由中國科學(xué)院大氣物理研究所、嶗山實驗室以及中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心攜手打造，實現(xiàn)了全球首個水平分辨率達到1公里的海洋模擬。

海洋作為地球氣候系統(tǒng)的核心組成部分，對全球變暖及人為二氧化碳排放起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。據(jù)估計，海洋吸收了超過90%的因全球變暖而產(chǎn)生的新增熱量，以及超過30%的人類活動產(chǎn)生的二氧化碳。然而，隨著近年來極端氣候事件的頻繁發(fā)生，對海洋中渦旋、鋒面等中小尺度過程的深入理解變得尤為重要，這直接關(guān)系到氣候預(yù)測的精確性。

LICOMK++模式的出現(xiàn)，如同一副“顯微鏡”被嵌入到全球的“海洋地圖”中，使得科學(xué)家們能夠以前所未有的精度捕捉海洋中的復(fù)雜動力過程，如渦旋和鋒面等。這些精細的海洋動力過程對全球熱量和物質(zhì)的輸運與分布具有深遠影響，對于預(yù)測極端氣象事件，如海洋熱浪、臺風和極端降水等，具有至關(guān)重要的意義。

據(jù)中國氣象部門透露，LICOMK++模式在多個關(guān)鍵海區(qū)成功再現(xiàn)了中小尺度環(huán)流結(jié)構(gòu)，并展現(xiàn)出了強大的過程模擬能力。這些模擬結(jié)果不僅有助于理解全球熱量與物質(zhì)的輸運分布，還與海洋熱浪、強臺風和極端降水等事件的發(fā)生和強度密切相關(guān)。通過這一模式，氣象部門能夠獲得更加精確的海洋初始場信息和邊界條件數(shù)據(jù)，從而進一步提升全球和區(qū)域海洋環(huán)境變化的氣候預(yù)測能力。

LICOMK++模式的成功構(gòu)建并非易事。研究團隊在異構(gòu)平臺性能可移植、大規(guī)模并行以及模擬能力方面取得了三大技術(shù)突破。在異構(gòu)平臺性能可移植方面，團隊以Kokkos為編程框架，通過優(yōu)化統(tǒng)一內(nèi)存管理和異構(gòu)模板編程技術(shù)，成功解決了國產(chǎn)異構(gòu)超算體系結(jié)構(gòu)和編程模型多樣性所帶來的編程難題，實現(xiàn)了模式編碼在多個異構(gòu)超算平臺的性能可移植。

在大規(guī)模并行方面，團隊通過一系列創(chuàng)新技術(shù)，如去除非海洋點、重排網(wǎng)格點技術(shù)和區(qū)域適應(yīng)的邊界通信算法，以及流水線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，成功突破了全球1公里水平分辨率每天1模式年的性能挑戰(zhàn)，在多個平臺上實現(xiàn)了全球1公里整機并行效率超過50%的佳績。

在模擬能力方面，LICOMK++模式實現(xiàn)了全球1公里水平分辨率的海洋環(huán)流真實模擬，在表達海洋中尺度至亞中尺度過程以及刻畫復(fù)雜海陸地形對海流的效應(yīng)方面實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。這一模式的成功構(gòu)建，不僅標志著中國在海洋模擬領(lǐng)域取得了重大進展，也為全球氣候研究和預(yù)測提供了新的有力工具。