[科普中国]-吴立新院士：基于E级超算的海洋预报技术将助力建设海洋强国

近两年，为应对全球气候问题,人们倡导节能减排,掀起绿色工业革命,以减缓温室效应。实际上,海洋对全球气候变化也有着十分重要的影响:人类活动所排放的碳大约40%被海洋吸收,由于温室气体增加所造成的盈余热量超过90%被海洋吸收。海洋吸热助力减缓全球变暖趋势但这些被吸收的热量到了深海后跑哪儿去了? 会造成南北两极冰盖完全融化吗？极端天气对一些地区的可持续发展影响有多大？我们有办法降低台风发生的频率吗？中国领先世界的超算能力将如何支撑海洋精准预报并实现全球共享？带着这些问题，我们对中国科学院院士、海洋国家实验室主任、中国海洋大学副校长吴立新进行了采访。“透明海洋”计划：把2000米以下全球海洋也看通看透建设海洋强国离不开海洋科技，以我国正在实施的“透明海洋”计划为例，要在关键海域运用卫星遥感、水下智能观测装备等综合观测手段，构建一个长期的、连续的、实时的综合立体观测网，实现海洋环境信息精准化预报，实现海洋状态透明、过程透明、变化透明，使海洋“看得清、查得明、报得准”。据中科院院士、海洋国家实验室主任吴立新介绍，海洋占地球表面积的71%，其中84%的海洋水深超过2000米。遗憾的是，目前我们对2000米以下的海洋知之甚少。吴立新希望通过“透明海洋”工程，不仅可以将全球海洋的上层能实时、高分辨度看透，也可以把2000米以下海洋看通看透。工作人员正在下放温盐深仪，用于探测海水温度、盐度和深度。吴立新曾这样描述“透明海洋”工程的未来：“科学家在实验室就能知道全球海洋正在发生的事情，如海洋的温度变化、水声通道的变化、鱼群的变化等，并能做出预测，国家海洋利益拓展到哪里，‘透明海洋’工程就建设到哪里。”在2017年底，美国国防部高级研究计划局公布了“海基物联网”构想。根据该构想，美国海军可以通过部署数量众多的小型低成本浮标传感器来形成分布式网络，从而在广阔的海洋上实现持久的态势感知。这一构想与我国“透明海洋”工程大致相似。“我们提出时间更早，并已经成功开展前期研究工作，我们已经走在了前面。”吴立新说，“依托海洋观测与探测平台和传感器，通过利用人工智能和大数据技术，构建新一代全球海洋观测与探测系统，打造全球海洋物联网，并利用超级计算机，实现对海洋环境的精细化预报，这是我们急迫任务，必须花大投入来做。”2020年E级超算：实现全球范围5-10公里分辨率海洋预报对于海洋预报来说，超算技术至关重要。超级计算机不仅是“透明海洋”工程的重要基础，也是各种大气、海洋、地震类预测工程的基础。在超级计算机（以下简称“超算”）及其应用方面，吴立新院士认为，中国目前是处于世界领先位置，但由于美国奋起直追加快超算的技术发展，我们更需要引起重视，因而在两会的提案中，吴立新院士建议加快推进国家E级超算建设及其应用。目前在超算领域，中国获得国际奖项的主要是地震和大气预测方面，而海洋方面的超算领域没有拿到世界领先，吴院士认为主要还是软件程序问题。吴立新院士说：“今后在海洋方面，我们将致力于开发出更高分辨率的海洋与地球系统预报应用，提高预报精度。2018年我们将在“两洋一海”区域实现3公里海洋-大气耦合预报；基于即将在2020年实现的E级超算，我们相信能够在全球范围内建立5-10公里分辨率的地球系统预测系统，让全球共享中国地球系统科学发展带来的红利。”目前，最大的压力来自于美国的超算技术发展的追赶，未来两年我国的世界领先地位可能受冲击。据了解，在过去的两年里，基于“神威·太湖之光”的应用成果连续两次获得计算机应用领域最高奖“戈登·贝尔”奖。而E级超算的计算速度将是“神威·太湖之光”的10倍，太湖之光目前是100p，E级超算是1000p。“梦想号”中国大洋钻探船力争2021年下水除了“透明海洋”计划，中国在深海钻探方面也有相应的部署。由中国地调局牵头，以及近50余位院士共同联名建议建设中国大洋钻探船“梦想号”，有望在 2021年左右下水，旨在打穿地壳进入地幔，以了解地球深处是如何运行。吴院士说：“只有真正了解地球本身的能量物质循环，才能更好了解地震、地球资源甚至气候环境变化的本质，从而打造“宜居地球”。”据了解，“梦想号”中国大洋钻探船将会是世界第三条大洋钻探船，前两条分别是美国决心号和日本地球号；当被问及“梦想号”下水的选址问题时，吴院士表示，海洋国家实验室将联合全球海洋科学家共同考察。关于大家都很关心的全球变暖和台风问题尽管有着各种极寒天气的报道，全球变暖却已是公认的事实，随之而来的是南北极冰川融化的问题。如果南北极冰川继续消融将会发生什么？吴立新院士称，在全球变暖趋势下，南北极冰盖的融化，除了导致全球海平面上升，冰盖融化还可能带来海洋环流热量输送的中断、海洋上下层交换的中断、一系列天气气候变化甚至海洋生态系统的改变。“大量的淡水将融入海洋，就像一条被子盖在海洋上，海洋本身上下层之间的交换可能就会终止。”吴院士说，一旦这种交换作用终止，整个海洋的热量、能量物质的输送过程将会中断，全球海洋的温度将会发生巨大变化，会导致一系列海洋气候变化，包括台风、中纬度风暴、厄尔尼诺、以及海洋生态系统变化或变迁。当被问到南北两极冰盖什么时候会完全融化，会不会到一定程度停止融化？吴立新院士认为：这都有可能。目前科学家们正在着手研究：冰盖融化如何影响海洋的热量输送及气候变化？到哪一个关键的点上，会触发海洋热量输送链完全中断？而对于人人谈之色变的台风，吴立新院士称：我们不能直接影响台风，但是台风的发生是有条件的，比如海洋表面的温度，大气环流等。但是人类二氧化碳排放的增多，温室气体效应增强，给台风提供的能量就会越多，则有可能让其愈来愈强烈。吴院士表示，除了对台风天气的预防，减少这些温室气体的排放，可能在一定程度上能减少极端台风发生的频率。受访者：吴立新 中国科学院院士文章由“科普中国头条创作与推送项目”团队推出转载请注明来自“科普中国”