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从空中俯瞰中国科学院大气物理研究所密云园区。

图为中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟装置项目计算机硬件平台。

图为中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟装置。本文图片均为怀柔科学城东区供图

一间实验室，囊括河流、岩石、冰川、生物等信息……甚至可以把地球“放”进其中，这就是位于北京市密云区怀柔科学城东区的地球系统数值模拟装置。

走进这个地球模拟实验室的大门，科技感扑面而来：一条灯光闪烁、音响环绕的“时空隧道”，一个上演着“风起云涌”的LED“模拟地球”，一面展示着地球各个圈层信息的屏幕……

就在这个可以重现地球过去、模拟地球现在甚至预测地球未来的地球系统数值模拟装置不远处，已经建成的深部资源探测技术装备研发平台，能够为国家资源能源发展战略提供关键装备技术支撑，北京大学怀密医学中心项目也正在热火朝天地建设中……在北京市东北部密云区的怀柔科学城东区，一个科创高地正拔地而起。

怀柔科学城是北京建设具有全球影响力的国际科技创新中心“三城一区”主平台之一，是国家发改委、科技部联合批复的北京怀柔综合性国家科学中心的核心承载区，是我国建设创新型国家和世界科技强国的重要支撑。2023年1月，怀柔科学城控制性详细规划批复，规划范围100.9平方公里，其中怀柔部分68.2平方公里，密云部分32.7平方公里，包括科学城东区和科学田园。

从地图上看，怀柔科学城就像一个奔跑的巨人。近日，记者来到位于北京市密云区的怀柔科学城东区，近距离感受这片土地的科创力量。

“把地球装进实验室”

“这个号称‘把地球装进实验室’的地球系统数值模拟装置，它的名字叫作‘寰’。作为面向地球系统科学的高性能模拟装置，这是一个拥有强大功能的虚拟数字地球，也可以说是地球的‘孪生兄弟’。”在地球模拟实验室，中国科学院大气物理研究所相关科研人员介绍，通过超级计算机进行大规模的数值计算，“寰”能够重现地球的过去、模拟地球的现在，甚至预测地球的未来。无论是冰川、大气、洋流，还是植被的变化，都逃不过它的“法眼”。

据了解，这一装置是“十二五”国家重大科技基础设施项目，也是中国首个具有自主知识产权、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位于世界前列的专用大科学装置，于2022年10月17日通过国家验收正式开放运行。

“你们看，这就是地球上的洋流信息，这是大气环境信息，这是植被生态……”只见科研人员在屏幕上依次点击选项，后面不停自转的地球装置上会立马显示出相应的信息。洋流的变化、极地海冰的变化等均清晰呈现。

为什么要建设这样一个虚拟数字地球？

地球未来的气候如何变化，关乎全球经济社会可持续发展，也是各国面临的最紧迫的科学问题之一。20世纪80年代，科学家提出了地球系统的概念，大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈五大圈层构成了地球系统，各圈层之间彼此交错、相互影响，构成了地球的演化。五大圈层中，任何一个圈层的变化，都可能引起一个地区甚至全球的气候变化。通过什么方法来研究地球系统甚至预测未来地球气候呢？以曾庆存院士为代表的科学家们经过40多年攻坚克难后，“寰”应运而生。

“寰”有一双“慧眼”，它通过两个应用软件系统——地球系统模式数值模拟系统、区域高精度环境模拟系统，来实现全球高分辨率数值模拟。其中，大气的精度为25公里，海洋的精度为10公里。在中国及周边区域，环境模拟可达到全国3公里，重点区域达到1公里。这样一来，“寰”就可以对我国自身的气候和环境进行加密的模拟分析。

软件系统如此厉害，硬件系统自然也十分先进。继续往前走，就来到一个机房，里面即是“寰”拥有的超级计算机硬件系统——硅立方。

科研人员介绍，硅立方可提供峰值速度不低于1.5亿亿次/秒的计算速度。这是什么概念呢？它的1分钟算力相当于全球80亿人同时用计算器不间断计算4年。整个系统共有3000多个液冷计算节点，相互之间采用高速网络连接，带宽高达100Gbps。同时，硅立方还提供了126pb的存储空间，能够装下约20个国家图书馆的馆藏数据，用来保存各个圈层的观测及模拟资料。