应对全球气候变化刻不容缓,世界大学生将通过超级计算机竞赛推演

2019-01-25 14:43 稿源:用户投稿  0条评论

2019 ASC世界大学生超算竞赛(ASC19)已迎来竞争激烈的预赛选拔,来自全球的 300 多支高校队伍将争夺仅有的 20 个总决赛席位。其中,使用超级计算机运行通用地球系统模型(CESM)重现全球气候变化过程,是所有参赛队伍在预赛中面临的一大挑战。

全球气候变化是国际社会普遍关心的重大全球性问题。近日,第二十四届联合国气候变化大会在波兰卡托维兹闭幕,来自近 200 个国家的代表通过了《巴黎协定》实施细则。《巴黎协定》主要目标是将本世纪全球平均气温上升幅度控制在 2 摄氏度以内,并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1. 5 摄氏度以内。这一目标的实现有赖于各国协作,也需要气候科学家们提供理论、实验和计算等方面的支撑。气候变化研究对于人类社会的可持续发展具有十分重要的意义。

由成千上万行计算机代码建立起来的地球模拟系统,已成为气候科学的核心工具。CESM是当今国际上应用最为广泛的气候模型,同时也是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)撰写第五和第六次评估报告所使用的主要气候模型之一。CESM是一个完全耦合的气候模型,包括了大气、陆地、海洋、海冰、陆冰等几大模块,利用物理、化学、流体力学等方程式,外加由实际观测得到的气候场资料作为起始状态,最终在超级计算机上再现气候变化的过程。


科学家们运用CESM来模拟海洋生态系统与温室气体的相互作用,臭氧、粉尘和其他大气化学物质对气候的影响,大气、海洋和地表的碳循环,以及温室气体对高层大气的影响等,还可以探索更广阔的应用空间。而为了验证模型的准确性,科学家们通常模拟过去的气候状况,然后将实际观测到的数据与模型计算结果进行比较。通过这种不断的反复验证,科学家希望寻找到自然变率中某些被忽视的因素,从而使得气候模型的预测结果更加准确。

ASC19 的CESM赛题要求参赛大学生队伍利用超级计算机,推演工业革命开始前十年以及二十一世纪前十年全球气候变化的过程,这将让大学生们有机会接触到目前国际上最前沿的气候变化科学工程。不过,这些队伍也将面临巨大的挑战。CESM是一个相当复杂的气候模型,虽然模式提供了很多成熟的机器配置作为参考,但是向自身机器的移植过程仍然有一定的难度,需要对机器中的编译器和所需要的库函数有充分的理解。并且,CESM的代码量特别庞大,运行时间也相对较长,这就要求所有队伍必须对CESM气候模型进行大幅优化,除了对代码的优化,还可以考虑CESM中各个模块之间的负载平衡,以及MPI+OMP相结合的方式。


CESM赛题支持单位代表、中国科学院大气物理研究所所长助理、LASG国家重点实验室副主任周天军研究员表示,IPCC评估报告中预估数据的生成对超级计算机的依赖极大,模拟运行速度对全球气候变化研究至关重要。气候模式的研发和模拟是一个综合学科,亟需更多的超算人才支持。这次ASC的气候变化模拟赛题难度超乎以往,希望这道赛题能激发大学生对气候变化研究的兴趣,推动超算与气候模拟的协作。

ASC 世界大学生超算竞赛是由中国发起组织,并得到亚洲及欧美相关专家和机构支持,旨在通过大赛平台推动各国及地区间超算青年人才交流和培养,提升超算应用水平和研发能力,发挥超算的科技驱动力,促进科技与产业创新。ASC超算大赛迄今已举行至第 8 届,吸引超过 7000 名世界各国大学生参赛,是全球最大规模的超算竞赛。ASC19 由亚洲超算协会、大连理工大学和浪潮集团联合主办,共有全球六大洲的 200 多所高校、 300 余支队伍报名参赛,总决赛将于 4 月 21 日- 25 日在大连理工大学举行。


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