（記者趙廣立）如何提高極端天氣和高影響天氣預報的準確性？基於天氣系統和大氣物理化學條件先一步模擬（即大氣數值模擬）是可行方法之一，只是要模擬全球大氣系統並非易事。

但這並未阻擋科學家為此努力的腳步。日前，記者從中國科學技術大學獲悉，該校計算機科學與技術學院教授安虹課題組、地球和空間科學學院教授趙純課題組與合作者，在我國新一代神威超級計算機上首次實現了長達7天的全球3公里空間解析度大氣物理—化學全耦合數值模擬，而這一過程，耗時不到9小時。近日，相關成果線上發表於《科學通報》。

包含大氣成分演變過程的全球高解析度大氣數值模擬，至今是難以突破的挑戰。其中的原因有二：一是大氣數值模式需要更精細的時空解析度——當前最先進的地球系統數值模擬裝置的全球模式水平解析度最高為10~25公里，要提高精度難度頗大；二是大氣數值模式還需要包括許多複雜的物理和化學過程——空氣中二氧化硫、PM2。5等要素的耦合會使模擬複雜度大大增加。因此，構建這樣的大氣數值模式，會帶來模擬計算量的指數增長和極大規模的資料讀寫需求。

該研究基於新一代國產神威超算平臺，研發了包含大氣成分演變過程的全球高解析度非靜力平衡大氣數值模式iAMAS，在大規模資料讀寫速度、平行計算效率、規模可擴充套件性、執行時效性等多方面填補了國內外大氣數值模擬的空白。

安虹向《中國科學報》介紹，聯合研究團隊根據新一代神威超級計算機通訊系統和檔案系統的特點，透過重構資料讀寫策略，充分利用系統提供的讀寫頻寬、釋放檔案系統性能，解決了嚴重影響iAMAS模擬可擴充套件性的讀寫瓶頸；全面最佳化從系統到晶片各層次的平行計算方法，充分發揮新一代申威異構眾核處理器晶片架構的計算特點，實現了程序級、執行緒級和資料級三個層次的並行，大幅提升了大氣物理—化學全耦合數值模擬的平行計算效率。

最終，在頻繁的大規模資料讀寫的情景下，達到了每小時模擬20小時天氣過程的速度，實現了全球3公里空間解析度大氣物理—化學耦合的高效數值模擬試驗， 達到了國際領先水平。

“也就是說，目前我們用8。54個小時，就可以完成對7天天氣過程的精細預報。”安虹告訴《中國科學報》，“如果沒有新一代神威超算這麼大的系統、沒有一系列超算技術的創新和突破，這種模擬可能一個月都完成不了，就起不到預報的作用了。”

安虹告訴記者，團隊下一步希望把更準確、更精細的中長期（10天以上）天氣過程和空氣質量的預報時間控制在數小時內，為開展長期的高解析度氣候模擬奠定基礎。

安虹表示，這項研究初步揭示了全球高解析度大氣物理—化學耦合模擬，能顯著提高極端天氣和高影響天氣預報的準確性，展現出高空間解析度和耦合化學反饋效應對數值天氣和空氣質量預報的重要意義，具有廣闊的應用前景。

“我們計劃進一步最佳化該大氣模式，提高其計算效率和穩定性，並將其耦合進我國的高解析度地球系統模式，從而開展長期的高解析度氣候模擬試驗，探究氣候變化規律及其對人類的影響，服務於國家‘雙碳’目標的實現。”趙純說，此外，全球高解析度大氣物理—化學耦合模擬同樣適用於研究行星大氣成分的演變規律。團隊也將在該研究的基礎上，發展行星高解析度大氣模式，服務於國家的深空探測計劃及相關科學研究。