崂山实验室在国产超算平台揭示出北极冰间水道的可预报性！

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近日，崂山实验室牟龙江研究员科研团队在极地高分辨率数值预报领域取得重要突破。相关成果以《众核异构超算平台上的北极高分辨率海冰预报系统》（Arctic high resolution sea-ice forecast system on a heterogeneous many-core computing platform）为题，在线发表于数值模式顶级期刊《地球系统模拟进展》（Journal of Advances in Modeling Earth Systems）。在全球变暖重塑北极环境、航道商业化利用成为现实的背景下，该研究为破解极地精细化预报难题提供了可行方案。

北极海冰在动力演变中形成的冰间水道与冰脊交错纵横，前者如同冰上“高速公路”，后者则是阻碍航行的“天然冰墙”。然而，这些现象高度非线性，并具有多尺度分形特征，随之带来一个长期未决的关键科学问题：它们是否具有可预报性？能在多大时空尺度上进行预测？回答这一问题极度依赖公里级的高分辨率海冰-海洋数值预报系统，同时也对底层计算提出了极为苛刻的要求。

团队依托我国自主研发的“神威·海洋之光”超级计算机，成功实现了~2km高分辨率北极海冰海洋集合预报系统（HRSFS）的高效运行。针对神威众核处理器的独特异构特点，研究人员对数值模式和并行同化框架进行了深度重构，实现众核代码自主可控。通过细粒度并行技术和局部内存的低延迟优势，大幅降低了跨层级数据传输、同步和I/O开销。在突破算力瓶颈的基础上，团队提出了应对海冰强非线性和非高斯特征的高分辨率数据同化算法，并利用合成孔径雷达卫星数据进行了严格验证。实时预报实验表明，系统能成功预测未来72小时大尺度冰间水道的生成与演变，48小时预报时效内显著优于持续性预报，且预测的水道走向和长度的概率密度与实际观测高度吻合。

上述研究成果表明，在当前准实时预报中，即便现有实时数据分辨率不足以直接分辨冰间水道，依靠新型同化算法与模式物理，依然能实现对大尺度水道的有效预测。团队未来将继续探索高频同化与多源观测融合技术，拓展现有泛北极500m甚高分辨率冰海耦合模式的应用场景，助力极区科研与航行安全保障。

图1. HRSFS 72h预报与SAR、MODIS卫星影像对比

引用：

Longjiang Mu, Yue Liu, Yuhu Chen, Hong Wang, Xianyao Chen, Ruizhe Song, Lin Zheng, Junting Chen, Lars Nerger, Lixin Wu. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 2026, 18, e2025MS005457. DOI: 10.1029/2025MS005457

• 信息来源:崂山实验室。

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