領先全球！看我國“寰”如何模擬萬年後地球，地球奧秘盡在掌握？

大禹說科技

蘇州甜蜜蜜傳媒官方帳號

大家有沒有想過，如果有一個實驗室可以模擬地球的一生，你會用它來做什麼呢？是看看恐龍到底長什麼樣子？還是見識一下歐洲大航海時代的波瀾壯闊？又或者是窺探一下千萬年後的地球？

還別說，你的這些想法在不久的將來很有可能實現。今天就帶大家走進一個全新的國之重器“寰”。

2021年，中國科學院大氣物理研究所將為我國貢獻一個“地球系統數值模擬裝置”，這個裝置的名稱就叫“寰”。

其實在此之前，美國就做過相關實驗了，所研究的項目也是地球模擬，不過過程好像並不順利。

“美國生物圈2號實驗室”

1991年9月，美國在亞利桑那的沙漠中建立了一個“生物圈2號”的生態實驗室。8名科學家參與了此次實驗，目的就是在這個完全密封的環境中研究出動植物以及空氣土壤等對大自然空氣調節的影響，更好的了解地球生態規律。

不過這次實驗最終以失敗告終，原因有很多，在此就不一一贅述了。不過這次試驗讓世界認識到，如果人類繼續肆意破壞地球的生態環境，未來將寸步難行。

既然把科學家放進去實驗不行，我們幹脆就來一個數字化模擬的地球。於是乎，我國最近新發布了一則關於“地球系統模擬裝置”的新聞，那麼它到底是怎樣的呢？

“地球系統模擬裝置”

在了解“寰”之前，我們先來看看它是怎麼來的。

2016年簽署的《巴黎協定》中提出，將一個模擬的“地球”放到實驗室後，裏面所有的變化都由地球系統模擬裝置計算，最終觀察在不同二氧化碳排放量的情況下，“地球”的自然系統有什麼反應，

以達

一個適合地球未來生態環境的氣溫標准。而這裏所說的“地球”並不是我們生活的這個藍星，而是一個用各種數學物理公式組成的“數字化地球”。

科學家們認為，地球上所有的有機物甚至無機物，包括空氣、江河湖海、山川冰雪、繁衍生息的生命體等等世間萬物都可以被簡單的分為五個圈層：大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈。

人們生活在地球上感受著每個圈層所帶來的變化，同時也能夠總結出一些自然變化的規律，並且可以用數學公式將它們表現出來。

“地球系統模擬裝置”就是因此而來，將地球數字化以後，只要將某一時刻的數據輸入進去，就可以觀察到那個時候地球發生的事情。再通過超級計算機對其進行大規模的計算，人類就可以得到地球演化的規律，甚至可以重現過去、模擬現在、預測未來。

說了這麼多，中國的“寰”又能做到哪些呢？

“大國重器-寰”

其實小編剛開始聽到這個名字的時候也很納悶，這個“寰”是什麼意思呢？

雖然官方並沒有給出起名的原因，難道又是網友眾籌？當然，寰這個字代表了廣大的地域，意指五湖四海。這個名字也說明了它的作用，模擬“五湖四海”不就是模擬“地球”嘛。

與美國相比不同的是，我國的模擬系統不需要“真人”走進去實驗，只需要科學家們在後台動動手指，輸入數據就可以了。

不過事實當然不會像我說的那麼簡單，“寰”不是只需要建造一個地球模擬系統，還需要空間分辨率高達3公里的區域高精度環境模擬系統，龐大的數據庫和資料可視化系統，還有很多基礎設施配置，所以其背後的工作量是極大的，並不是動手就能解決的。

“寰”將坐落於北京懷柔，它利用了最新的技術水平，以模擬地球為核心進行多維度發展，未來建成後會成為我國地球系統科學研究的模板。

雖然我國在這個方面起步較晚，“寰”還是使用了我國自主研發的數值模擬軟件系統，具有完整的模擬生態過程，分辨率達到世界領先水平。並且在多個方面充分考慮了地球各個圈層相互之間的作用。未來還將進一步模擬“天氣、冰川、地塊”等等的變化情況。

換句話說，“寰”除了可以為我們模擬地球以外，還能夠准確預測天氣、冰川融化、地震甚至火山爆發。

不過“寰”的內部數據再怎麼厲害，可它畢竟是一個模擬系統，沒有一個好的超級計算機與之匹配也是不行的。

我國科學家專門為“寰”研發了國產超級芯片和高性能計算機，它的能力強大到離譜，其一分鐘的算力就相當於全球72億人同時使用計算機不間斷計算4年之久。特制的“矽立方”數據庫則擁有80PB的存儲空間，大約可以放下13個國家圖書館的所有數據。

現在我們知道“寰”有多麼厲害了吧？那麼它在世界上處於一個什麼地位呢？繼續往下看，但不要忘記對本期的硬核內容點贊。

通過前面的介紹我們可以知道，我們生活的地球是由每個圈層緊密聯系組成的複雜的生態系統，每個圈層中都包含著它們各自的物理、化學和生物過程，因此地球模擬系統最重要的就是真實性。只有足夠真實，才可以准確描述各個圈層中的所有過程，才可以達到我們所想象的“模擬過去、窺探未來”。

地球模擬裝置作為一個國家綜合國力的體現，各國科學家都在經曆開發屬於自己的研究模式。比如最近的第六次國際耦合模式比較計劃，全球有33家機構參加，提供了大約112個氣候模式版本。

也就是說，現在世界上對於氣候模擬模式的爭奪是十分激烈的，但它們也僅僅是模擬氣候，只有美國、中國、日本等少數國家可以提供地球系統模擬。看到沒有，中國兩個大字赫然在內，也就是說，我國的地球模擬系統已經位居世界前茅。

而本次中國所研發的地球系統模式CAS-ESM就是地球模擬實驗室“寰”的核心軟件，與其他軟件相比，CAS-ESM對全球植被、生產力等等數值的模擬要優秀很多。

大禹認為，雖然現在我們的“寰”還沒有正式出世，但如此多的數據對比已經證明了我們的國之重器是十分強大的。

不過投入了如此多精力的“寰”，不可能只用來看看恐龍長什麼樣子吧？那麼它在未來的生活中都有什麼作用呢？小編就給大家來分析一下地球模擬的實用性。

“寰的用途”

我國早早就確立了“碳中和”的發展方針，不止是大規模的節能減排、發展新能源，同時在不斷地植樹造林，進行碳捕集和封存。目的就是為了將二氧化碳的排放量和吸收量維持在平衡，從而實現“碳的零排放”。

而要完成這些步驟，我們不能僅憑一些數據來進行簡單計算，這個時候地球系統模擬裝置就派上用場了。

“寰”可以全面考慮地球目前的各個組成部分，尤其是生態系統中的演變對氣候的影響。這一點就和我們開頭所說的美國“生物圈2號”相似。都是模擬了一個環境來研究氣候變化，不過“寰”的研究範圍更廣而已。

除此之外，大家有沒有發現最近全球變暖導致的極端天氣事件在不斷增加。台風、暴雨、幹旱和忽冷忽熱的氣溫，甚至有些時候，我們隔壁城市在下暴雨而我們卻是大晴天。這種突然並且變化強烈的天氣就是全球變暖的問題。

我們不能控制這些極端天氣，但是我們可以做到預測，就像天氣預報一樣。

不過大家都知道，天氣預報幾乎不可信，但是“寰”所配備的高性能計算將為它的數據計算提供了強硬的支持，有了超高的計算能力，就可以提升模式的空間分辨率。也就是說，“寰”可以准確預測極端天氣和氣候事件，並且利用其精細且完善的模式，更全面的捕捉天氣信號，為我國對極端災害天氣的防禦再增加一道圍牆。

而且隨著世界的發展，城市化問題所帶來的汙染愈加嚴重。“寰”建成後，將進行高精度的大氣汙染分類，模擬大氣中的化學成分排放、金屬模擬，從而達到追蹤汙染源頭的作用。

也就是說，“寰”可以通過模擬來找到到底是哪家在排放汙染物質，如果可以早一點建成，那福島附近也不會出現核汙水了吧。

總而言之，“寰”將會促進我國全面的科學發展，大到探尋地球秘密，小到治理環境汙染，不過它的出現必將讓我們在全球氣候問題上擁有更多話語權。

今年，我國科學院已經宣布了“寰”即將建成，這不僅是我們的一項“大國重器”，還會給全人類帶來更多生態環境方面的研究。

“寰”的特殊性讓它可以模擬地球演變歷史，開頭我們所說的恐龍時期、大航海時代甚至幾萬年後的地球都有可能在“寰”身上實現，讓我們一起期待它的閃亮登場。