“数字地球”来了！一起走进大国重器“寰”→
自2017年《北京怀柔综合性国家科学中心建设方案》获批以来，在国家发展改革委的大力支持和指导帮助下，北京市、中科院、高校共同落实国家“创新驱动发展”战略，聚焦物质、空间、生命健康等科学方向，布局了5个重大科技基础设施——综合极端条件实验装置、高能同步辐射光源、子午二期、多模态跨尺度生物医学成像设施和地球系统数值模拟装置，建设怀柔综合性国家科学中心创新基础设施集群，努力打造国家战略科技力量。
今年6月，备受关注的地球系统数值模拟装置——“寰”，历时2年8个月的建设，全面进入试运行阶段。这是我国首个研制成功的地球系统数值模拟大科学装置，也是怀柔科学城首个落成启用的大科学装置。
▲地球系统数值模拟装置鸟瞰效果图
经过两个多月的试运行，“寰”的状态如何？它将如何对地球进行数值模拟？又将为全球气候治理提供哪些科学支撑？今天，让我们一起去探索数值模拟世界的“奥秘”~
“寰”的基本属性
“寰”作为国家发展改革委批复的“十二五”重大科技基础设施，从孕育到诞生拿的都是“高端配置”。其项目建设法人是中国科学院大气物理研究所，共建单位是清华大学，它以地球系统各圈层数值模拟软件为核心，软、硬件协同设计，规模及综合技术水平均位于世界前列。
建设期间，众多科研人员协同合作，突破了多个瓶颈，最终迎来了“寰”的试运行——
2018年11月，装置全面开工建设；
2019年4月，装置主体结构封顶；
2021年4月，基础设施基本完工，进行竣工验收和备案；
2021年4-5月，高性能计算机房通电，完成基础软件环境部署，包括集群管理监控软件、作业调度软件、编译器数学库等，系统向装置内提供服务；
2021年6月，装置各系统工艺测试；
2021年6月，可视化集群、LED大屏和球屏完成安装调试。
预计2021年11月，装置展厅“地球模拟实验室”将对外开放。
心急等不到那时？
好哒，“内部”花絮来啦！
提前一睹展厅风采吧——
“最强大脑”与“超级视觉”
“寰”的统筹功能强大，透过它我们将深入认识复杂地球环境系统的基本规律，探索地球系统大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈、岩石圈的物理、化学、生物变迁过程，探究各圈层及其相互作用对地球系统整体和我国区域环境的影响。
“寰”具备地球表面各圈层模拟能力以及对各类物理、化学和生物过程的精细描述能力，其“视觉系统”强大。它的全球模式水平分辨率最高达到10~25公里，垂直分辨率50~100层；区域高精度模式空间分辨率可达1~3千米。
“最强大脑”非它莫属。它的系统峰值计算能力不低于15千万亿次浮点运算，存储总容量不低于30PB，具备国内第一个支撑地球系统数值模拟的完整数据库和资料同化系统，具备面向地球系统的国际领先的支撑管理软件平台和国际先进的可视化能力。
未来，它将通过融合模拟与观测数据提高预测的准确性，实现对地球系统复杂过程在中尺度分辨率的定量描述与模拟。有了“寰”的“加盟”，我国地球系统科学整体将达到国际一流水平，此外它也将为防灾减灾、应对气候变化、生态环境治理等重大问题提供有利的科学支撑。
多元“特质”展“数智”风采
作为我国首个地球系统数值模拟装置，“寰”潜力巨大，它的多元“特质”让我们看到未来世界的“数智”风采~
自主性
“独立自主”是“寰”最值得骄傲的“特质”，它具有我国首个自主知识产权的“完整”地球系统模式，实现了8个分量模式的完全耦合，约400万行地球模拟程序代码重大集成；采用国产芯片，取得了我国大科学装置建设“自主可控”的突破。
创新性
在高精尖科技领域，“寰”的创新性也不容小觑。它软硬件协同设计的一体化地球模拟计算机“硅立方”，采用独特的计算分区设计，与通用超算相比，具备“高效、节能、环保”优点；软件根据硬件特点编码，突破地球系统模拟大规模并行计算瓶颈，计算规模达到世界先进水平。
▲硅立方机房内景
“寰”采用的国产耦合器，支持各分量模式的三位动态耦合，兼容国内、国外模式，自动耦合等技术指标优于欧美国家。在全球-区域-局地的多重嵌套加密模拟技术上“寰”也取得突破，可根据模拟应用对象的需要，对地球系统局部地区和过程进行加密模拟计算，对地球系统局地加密精度可达百米级。
先进性
“寰”可以实现全球碳循环的全圈层全耦合模拟，具备地球系统各圈层碳源汇的定量核算能力；区域大气模拟精度达到百米级，可用于龙卷、冰雹、暴雨、台风模拟预报研究，显著提升我国应对极端天气事件的技术支撑能力；具备PM2.5、臭氧、沙尘等大气污染物的全方位模拟预报能力，动态追溯污染来源，显著提升我国大气污染精准防控的技术支撑能力；全球海洋模拟精度达到5公里，可用于近海洋流、核废水扩散等精细化模拟研究，大幅提升我国海洋环境、航运以及近海国家安全保障相关科研的技术支撑能力。
▲全球海洋高精度模拟
经过试运行，“寰”预计将于2022年实现开放共享与服务，它将继续针对国家重大需求中的科学问题开展研究，为全球气候治理体系建设、国家“双碳”科学路径优选、防灾减灾、生态文明建设等做出贡献。
同时，作为北京怀柔综合性国家科学中心首个落成的大科学装置，“寰”将在原始创新、人才汇聚等方面充分发挥作用，推动北京市气象信息产业园的建设，促进形成国际上有重大影响的地球系统科学研究中心。
“十四五”时期，北京怀柔综合性国家科学中心正式步入建设为主到建设与运行并重的关键阶段，北京市、中科院、高校等将继续在国家发展改革委的指导下，进一步加大建设推进力度，不断完善基础设施及公共服务等城市配套，努力聚人气、科研气，积极引导、努力保障科研人员进驻开展工作，推动设施平台开放共享，开展国际交流合作，为我国实现科技自立自强提供重要支撑。
来源：发展北京、中科院大气物理所
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