北辰西路華嚴里40號,北京繁華鬧市中一處安靜的院落,寫有“中國科學院大氣物理研究所”字樣的門牌并不太顯眼。記者此行要探訪的大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點實驗室(LASG),就位于這座院落深處一棟灰色6層小樓里。
“大氣科學和地球流體力學數值模擬”這一串離日常生活有些遙遠的詞匯,平添了LASG在普通人眼里的神秘色彩。而在LASG主任陸日宇研究員看來,他們所做的大氣科學的基礎研究和應用基礎研究,對于國計民生有著非常重要的現實意義。
“我們的工作可以概括為兩個部分,研究氣候變化、異常的機理和發展氣候系統模式,為我們國家乃至整個世界的天氣、氣候變化的預報預測提供先進的理論、方法以及手段。”陸日宇介紹說。
氣候變化的模擬和預測,簡單說來就是在對大氣動力和物理過程研究基礎上,通過對以往氣象數據的診斷分析,構建并不斷修正出一個接近于實際情況的模型,然后用這一模型預測出將來某段時間的氣候變化。
作為基礎研究單位,LASG并不直接向公眾提供天氣或氣候預報信息,但每年都要參與到國家氣候中心的氣候預測工作當中,將他們預測的結果提供給相關部門。“比如我國每年汛期的降水情況、冬季干旱情況,都需要提前三五個月進行預測預報。當然,從科學理論上,這種預報不可能像短期天氣預報那樣準確,但我們可以提供趨勢性的分析,從而對政府部門的決策產生指導性作用。”
工欲善其事,必先利其器。在采訪實驗室主任之前,LASG黨支部書記王軍帶記者參觀了實驗室的科研裝備。和其他實驗室不太一樣,這里沒有燒杯、酒精燈、顯微鏡,也沒有琳瑯滿目的各式高端儀器。走進大氣所計算中心大門,機器運轉的轟鳴聲立馬淹沒了人聲。站久了,就感受到一絲明顯的涼意。為保證如此多的計算機設備正常運轉,對機房的溫度、濕度都有著很高的要求,需要常年保持24攝氏度左右的恒溫。
在這間200平方米的房間里,緊湊地放置著數十臺高約2米的機柜組成的大型計算機系統。一臺臺體格“高大”的立柜式機箱內,指示燈一閃一爍,內部海量的數據正通過眾多光纖的連接實現著高速交互計算。
“我們做的是數值模擬,大部分工作是在大型計算機上模擬大氣和海洋的運動,主要的實驗設備就是大型高速計算機,其計算速度和存儲能力很大程度上影響著實驗室的研究水平。除依靠實驗室自身的設備外,我們還借助‘天河一號’超級計算機開展了很多研究。”王軍介紹道。
用計算機做數值模擬進行天氣預報始于1950年,當時美國科學家恰尼等利用準地轉模型在計算機上成功地制作出第一張數值天氣預報圖。此后,隨著高速大存儲量計算機的發展,數值天氣預報進入日常預報業務,而數值模擬則成為研究大氣的重要手段,氣象科學也因此從傳統的描述性學科轉變為依賴于現代數學、物理方法的半工半理學科。
談及LASG近年來的發展,陸日宇說,實驗室研究人員以氣候問題的基礎研究為核心,瞄準國際前沿,結合國家重大需求,在氣候系統模式發展與應用、天氣氣候動力學、天氣氣候可預報性,以及地球流體力學領域開展了系統性研究,取得了一批原創性成果,為國家防災減災和提高我國在本領域的國際影響力和地位作出了突出貢獻。“我們一直參與聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)氣候變化模擬與預估研究。在科技部組織的國家重點實驗室評估中,LASG連續六次被評為‘優秀’。”
氣候系統模式是研究多圈層相互作用,開展氣候預測和氣候變化預估的重要工具。LASG通過自主創新和“引進—理解—應用—改進”相結合,在原有模式GOALS的基礎上發展了“靈活”的全球“海洋—大氣—陸面—海冰”完全耦合的、“非通量訂正”的氣候系統模式FGOALS。
FGOALS模式不僅廣泛應用于過去氣候再現、未來氣候預測和預估、氣候系統中能量水分循環、陸地生態過程等熱點科學問題的研究,還積極參與了耦合模式比較計劃(CMIP)、古氣候模擬比較計劃(PMIP)、20世紀氣候模擬(C20C)等一系列國際模式比較計劃,為國際上相關領域科學認識的加深作出了直接貢獻,同時擴大了中國在數值模擬研究領域的國際影響。
LASG取得的過硬研究成果使得中國在國際氣候變化研究領域扮演著日益重要的角色,從過去的參與向主導邁進。陸日宇認為,其中一個突出的表現是,近年來在氣候變化領域的國際學術組織中,中國學者逐漸開始擔任重要職位。
2007年,LASG吳國雄院士當選國際氣象和大氣科學協會(IAMAS)主席。這是IAMAS成立70多年來,第一位來自亞洲的主席。2011年,LASG李建平研究員當選為IAMAS下屬的國際氣候委員會(ICCL)執行秘書長。
LASG科學家在國際上發起“亞洲季風年”(AMY)研究計劃,獲得“世界氣候研究計劃”(WCRP)批準,共有23個國家和地區相關研究項目參與其中。“我們要力爭將LASG建設成為國際一流的大氣科學研究中心和人才培養基地,并在重要的國際研究計劃中發揮越來越重要的作用。”面對實驗室未來的發展,陸日宇和實驗室成員們信心滿懷。