全球之约：地球系统数值模拟装置 | 行进中的美丽中国

编者按：地球是全人类的唯一家园，保护生态环境是全球的共同责任。中央电视台系列纪录片《行进中的美丽中国》讲述了我国生态文明建设各个方面取得的进展及成效。而这其中，中国科学院的科学家们也用科技的力量，为建设美丽中国作出了自己的贡献。

地球是全人类的唯一家园，保护生态环境是全球的共同责任。2023年，在经历过北半球史上最热的夏季后，气候变化再次成为全球话题。在北京怀柔科学城，有一颗名为“寰”的数字“地球”。

▲ 视频来源：中央电视台《行进中的美丽中国》 ——全球之约·大气物理研究所篇

中国科学院大气物理研究所研究员 郑飞：真实的地球是不能做实验的。“寰”就是一个数字模拟地球，把从古到今到未来，这些大气、海洋的变化模拟出来，相当于把地球装进了实验室。

地球系统数值模拟装置——“寰”，由中国科学院大气物理研究所联合清华大学等科研机构共同建造。

大科学装置，是国家重大科技基础设施。“寰”是我国建成的大科学装置中，唯一一个专门用于气候研究的。

数十万颗国产芯片是“寰”的超级大脑；中国科研人员自主编写的270万行代码，构成了“寰”的分析系统；相当于20个国家图书馆馆藏的气候信息，构成了“寰”的数据库。

科研工作者们希望通过这个大科学装置，借助超级算力，推演地球的过去与未来。

中国科学院大气物理研究所博士生 宣子盈：“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。 ”大家都说荔枝是从岭南来的，当时唐代诗人张籍作了《成都曲》，这首诗词中明确提到了“荔枝熟”。

提到杨贵妃和荔枝的故事，许多人会联想到盛产荔枝的岭南，而唐代诗词中又有成都种植荔枝的记载那么，究竟当时送到长安的荔枝是来自岭南，还是成都？

荔枝生长环境要求冬季气温不能低于2摄氏度，“寰”从气候角度，分析了在成都种植的可能性。

中国科学院大气物理研究所博士生 宣子盈：实际上隋唐是个小暖期，平均温度要高出0.3-0.4℃。 图中的这条绿线，代表的是一个荔枝可种植线。 在绿线以南，在冬季就已经能满 足荔 枝种植 的条件。 当然为了就近原则，至少一部分荔枝是从成都向长安输送的。

“寰”从气候科学角度，印证了张籍诗中成都种植荔枝的真实性。

从气候角度，分析、印证历史事件，只是“寰”给人文学科的支持，有些大材小用。“寰”更大的价值，在于它对地球未来预测与推演的能力，这将对人们应对气候变化提供参考依据。

“寰”对厄尔尼诺事件的预测，是朱江、郑飞研究员团队近期最关心的课题。

中国科学院大气物理研究所研究员 朱江：目前国际上现在总的趋势是大约提前半年，可以预测厄尔尼诺比较准。 但是提前一年呢，那挑战性就比较强。

地球系统数厄尔尼诺是一种太平洋中部和东部，海洋表面温度变暖的自然现象。

中国科学院大气物理研究所研究员 郑飞：这个是我们提前一年的一个预测结果。 在今年（2023）的12月份到明年的1月份之间，它会达到最终的一个峰值。 我们判断是在1.7℃。 结束呢，就是明年（2024）年的四五月份之间。

1.7℃，是“寰”对厄尔尼诺监测关键区域海温指数的推断。这项指数，显示了厄尔尼诺发生与否以及程度强弱。“寰”预测，这是一次中高强度的厄尔尼诺事件。

厄尔尼诺发生时海洋表面温度的异常上升，会作用于海洋生态系统，影响动植物、微生物的分布和繁殖。因此，渔业和海洋生物资源将首先受到影响。

海洋的温度真的变化了吗，它的变化是否能与“寰”所做出的模拟推测保持一致，互相印证。为了证实这一点，团队还会将预测的结果与实际观测的结果进行对比。

半年之前，“寰”预测，厄尔尼诺在冬季时达到峰值，周边海域表面温度将有明显升温。

中国科学院的实验室里，来自黄海的水样，向人们展示了一段因果关系：海水温度的细微变化，就可能影响渔业养殖捕捞，最终反映在人们的餐桌上。

中国科学院大气物理研究所研究员 郑飞：在海水温度偏高的情况下，海洋的浮游生物、植物的量是有偏少。 能获取到的食物少了，可能对渔业会有一个比较明显的影响。

海洋表面温度变暖，生物资源的变化是最直接的反映。更严重的是，厄尔尼诺能够引发全球性气候异常，导致洪涝、台风、高温、干旱等气象灾害发生，波及全球粮食安全和经济运行。因此，尽量提前、精确地预测它的发生周期和强度，将有利于人们做好应对准备。

类似对厄尔尼诺事件的预测，“寰”还应用到了更多领域。

国家气候中心气候预测室主任 柯宗建：比如说在2023年汛期，还有刚刚过去的这个冬季，“寰”提供的这个气候预测的这个结果，在我们气候预测业务中进行了应用。 农业生产，需要知道今年整体的旱涝形势； 能源行业，电力水利等等，像应急管理部等等，都需要去做气候趋势研判的信息，来做提前的工作部署和规划。

2023年底，“寰”面向全球开源发布，意味着全世界的科研人员，都可以向“寰”提出自己关于地球气候的问题，并得到“寰”的回答。

想要达成《巴黎协定》将全球升温控制在2℃之内，并为1.5℃而努力的目标，全球各国需要在协力合作的机制下推进。气候变化领域，中国的科技工作者，正在用知识和技术，为创造一个更清洁、更进步、更美丽的未来中国，不断努力。

来源：中国科学院大气物理研究所

责任编辑：王颖