系统构成

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  • 地球系统数值模拟系统
  • 区域高精度环境模拟系统
  • 超级模拟支撑与管理系统
  • 支撑数据库和资料同化及可视化系统
  • 面向地球科学的高性能计算系统

地球系统数值模拟系统是我国首个具有自主知识产权的、“完整”的地球系统模式CAS-ESM2.0。CASESM2.0采用模块化框架,主体由大气环流、海洋环流、海冰、陆面过程、植被动力学、气溶胶和大气化学、陆地生化和海洋生化等8个分系统模式组成。另外,还独立发展了大陆冰盖、日地空间环境、固体地球等分系统模式。CAS-ESM2.0大气环流和陆面过程模式水平分辨率最高为24公里,垂直方向69层,海洋环流模式水平分辨率最高达7.8公里,垂直方向55层,总计约400万行程序代码。CAS-ESM2.0参加了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),对热带风场、ENSO等指标的模拟性能位于世界前列,模拟数据公开发布于CMIP6官方网站,并被联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告采用。 

区域高精度环境模拟系统是针对我国及周边区域,建成了区域高精度环境模拟系统,实现了大气污染、农业旱灾、气候变化风险等关键环境要素的区域精细化模拟,水平分辨率为全国3公里、重点区域1公里,局地的细分辨率达50米。系统可用于暴雨、台风等高影响天气的模拟预报以及PM2.5、臭氧等大气污染物的模拟、预报和溯源研究,亦可用于气候变化背景下东亚区域极端气候事件、森林生态系统、冰冻圈灾害等风险的预估和农业旱灾的遥感分析与作物生长模拟研究。

超级模拟支撑与管理系统是支撑地球系统模式运行的管理软件,包括计算封装、模式资源和模式服务等分系统,研发了高效并行耦合器、算子库引入、异步并行I/0(减少I/O时间98.9%)、代理模式(降低模式运行次数72%)、自动参数优化(减少参数寻优计算次数88%)等技术,可灵活高效地支撑地球系统模式的设计、开发、调试验证、发布和应用的全流程科研活动。

支撑数据库和资料同化及可视化系统是支撑地球系统数值模拟的完整数据库,包括公共数据池和地球系统数值模拟数据共享发布门户系统。公共数据池面向中国科学院大气物理研究所和地球系统数值模拟装置提供公共数据服务,除提供常用的历史数据外,还将同步官网提供GFS、GDAS、CFS、EC等国际常用的公开预报产品和再分析产品。地球系统数值模拟数据共享发布门户系统(http://earthlabdata.iap.ac.cn/)面向全网,提供地球系统科学领域的成果数据发布和数据推广服务,包括全球与区域模拟数据、卫星遥感数据、再分析数据等。研发了用于地球系统数值模拟大数据分析的可视化软硬件平台,支持6种不同形态跨尺度显示系统的展示与协同交互,球形显示屏直径为3米,分辨率达到583万有效像素。

面向地球科学的高性能计算系统是根据地球科学各类应用模式的需求特点,设计和配置硬件结构,使硬件配置架构和科学软件的需求特性相匹配,最大限度地发挥硬件的能力,并满足未来发展和系统升级的要求。系统共有3360个计算节点,相互之间采用HDR Infini Band高速网络连接,带宽100Gbps,整机峰值计算能力达15.9PFlops,存储总容量126PB。通过软硬件协同攻关,实现了CAS-ESM2.0在国产芯片上的高效稳定运行。高分辨率大气环流模式实现了3200节点,共19.66万CPU核的全机运行,计算速度为7.4模式年/天;异构版本的高分辨率海洋模式实现了1100DCU节点,2200张DCU卡的DCU节点全机运行,计算速度达11.8模式年/天。