我國典型傳統科學計算應用現狀與發展

多年來，中國科學院一直走在我國科學計算應用發展的前列。無論是應用水平、計算規模還是成果顯示度均取得了長足的進步。除了上述代表性成果，中國科學院的應用成果還有許多。但因篇幅所限，以下僅選取幾個中國科學院典型傳統科學計算應用領域，從科學家視角，談談科學計算應用現狀與發展和一些思考，以期窺一斑見全貌，更希望能引發讀者更深入的思考與關注。

大氣科學之全球氣候海洋模式

現狀

全球氣候海洋模式是氣候系統模式的重要組成部分，也是氣候研究、氣候預測和預估不可或缺的工具。空間分辨率的持續增加是海洋環流模式發展的重要趨勢之一。全球高分辨率海洋模式的發展要追溯到20世紀90年代初，第一個全球25公里的海洋模式使用了美國地球物理流體力學實驗室（GFDL）發展的MOM模式。21世紀開始，隨著以日本的“地球模擬器”為代表的大型超算平臺的發展，國際上有20多家模式開發中心開始進行全球渦分辨（10公里）模式的發展和研究，包括日本的JAMSTEC，美國的NCAR、NOAA GFDL、FSU，以及德國的MPI氣象研究所等。

我國國內的高分辨率全球海洋模式多是引進國外的模式，如在氣候模式應用的MOM和POP模式，以及在預報系統中采用的HYCOM和NEMO模式。中國科學院大氣物理研究所在全球海洋模式發展方面進行了長期攻關，所發展的渦分辨率全球海洋環流模式——LASG／IAP氣候系統海洋模式（LASG／IAP Climate System Ocean Model，LICOM）也是我國唯一自主發展的全球海洋環流模式。LICOM海洋模式的模擬結果參與了歷次國際耦合模式比較計劃（CMIP）并被政府間氣候變化專門委員會（IPCC）引用，其最新版本的模式被國際同行認為是對ENSO（El Ni?o－Southern Oscillation）模擬能力最好的模式之一。不僅如此，基于LICOM海洋模式成功地研制了水平分辨率為10公里的海洋環流模式，可顯式地模擬海洋中尺度渦旋。中國科學院計算機網絡信息中心王文浩等采用MIC并行優化LICOM，實現了較好的加速效果，加速比達到2．09。高分辨率的LICOM支撐了國家和中國科學院的多項大型專項，也應用在國家海洋局環境預報中心等海洋業務中，為日常經濟活動等提供了海洋環境保障。

對領域應用的促進

對歷年參加CMIP計劃模式中海洋分量模式分辨率的分析表明，氣候海洋模式最高分辨率的增長基本與計算機發展的摩爾定律相吻合，即模式的分辨率受限于計算能力。隨著高性能計算的發展，近期美國國家航空航天局（NASA）采用MITgcm海洋模式，進行了全球2公里的試驗。雖然試驗受限于計算量和存儲量，僅僅運行了1年左右，但其結果第一次實現了對全球次中尺度渦的垂直輸送的估算，發現了次中尺度渦在海洋上層熱量收支中的重要作用，對于海洋科學和氣候變化研究都有重要的意義。與此同時，國內的多家海洋研究單位，也在著手嘗試聯合進行此方面的研發，有逐步趕超國際的發展趨勢。

發展趨勢

隨著E超級計算平臺的研發，全球海洋模式的水平分辨率必然也會向公里級、百米級發展，可分辨種類更齊全的海洋運動形式，如次中尺度渦、內波等。在數值模式中分辨更多的海洋運動形式也是海洋科學的重要發展趨勢，而國產計算系統的建設是發展我國自主研制超高分辨率海洋模式的絕佳契機。