近期，中國科學界在海洋氣候模擬領域取得了重大突破。由中國科學院大氣物理研究所、嶗山實驗室以及中國科學院計算機網絡信息中心攜手合作，成功研發出全球首個水平分辨率達到1公里的全球海洋環流模式——LICOMK++。這一模式在跨異構超算平臺上實現了性能可移植與科學試驗的雙重飛躍。
海洋作為地球氣候系統的核心組成部分，扮演著能量與碳匯調節的關鍵角色。它吸收了全球變暖帶來的超過90%的新增熱量，以及超過30%的人為二氧化碳排放。近年來，隨著極端氣候事件的頻發，對海洋中渦旋、鋒面等中小尺度過程的深入理解和模擬，已成為提升氣候預測準確性的關鍵所在。
LICOMK++模式的誕生，標志著全球海洋模擬分辨率邁入了1公里的新紀元。該模式如同在“海洋地圖”上安裝了一副“顯微鏡”，能夠精準捕捉海洋中的亞中尺度過程，如渦旋和鋒面等復雜動力現象。這些精細過程對全球熱量與物質的傳輸與分布具有深遠影響，對于預測和理解極端氣象事件，如海洋熱浪、臺風和極端降水等，具有不可估量的價值。
據測試結果顯示，LICOMK++模式成功再現了多個關鍵海區的中小尺度環流結構，展現出卓越的模擬能力。這些環流結構對全球熱量與物質的傳輸分布具有重要影響，且與極端氣候事件的發生和強度密切相關。通過這一模式，氣象部門能夠獲取更高質量的海洋初始場信息和邊界條件數據，進而提升全球和區域海洋環境變化的氣候預測能力。
該研究成果不僅獲得了中國計算機學會HPC China 2024超算年度最佳應用獎，還成功入圍了世界高性能超算應用領域最高獎——戈登·貝爾氣候建模獎，成為全球僅有的三個入圍成果之一，彰顯了其卓越的科研價值和應用潛力。
LICOMK++模式的成功研發，得益于三大技術突破。在異構平臺性能可移植方面，研究團隊采用Kokkos編程框架，通過統一內存管理和異構模板編程技術的優化，為國產異構超算體系結構和編程模型多樣性帶來的挑戰提供了全新解決方案，實現了模式編碼在不同異構超算平臺上的性能可移植。在大規模并行方面，團隊通過一系列技術創新，成功突破了全球1公里水平分辨率每天1模式年的性能挑戰，實現了全球1公里整機并行效率超過50%，為全球公里尺度模式在模擬和業務預報中的應用提供了寶貴參考。在模擬能力方面，LICOMK++模式實現了全球1公里水平分辨率海洋環流的真實模擬，在表達海洋中尺度至亞中尺度過程以及刻畫復雜海陸地形對海流的影響方面實現了質的飛躍。
LICOMK++模式的成功研發，不僅標志著中國在海洋氣候模擬領域取得了重大進展，更為全球氣候治理和可持續發展提供了強有力的科技支撐。未來，該模式有望與地球系統模式的其他模塊耦合，進一步推動對地球多圈層相互作用的全面理解，為應對全球氣候變化挑戰貢獻中國智慧和中國方案。
