领先全球!国之重器“寰”如何模拟万年后地球,地球奥秘尽在掌握?

大家有没有想过，如果有一个实验室可以模拟地球的一生，你会用它来做什么呢？是看看恐龙到底长什么样子？还是见识一下欧洲大航海时代的波澜壮阔？又或者是窥探一下千万年后的地球？

还别说，你的这些想法在不久的将来很有可能实现。今天就带大家走进一个全新的国之重器“寰”。

2021年，中国科学院大气物理研究所将为我国贡献一个“地球系统数值模拟装置”，这个装置的名称就叫“寰”。

其实在此之前，美国就做过相关实验了，所研究的项目也是地球模拟，不过过程好像并不顺利。

1991年9月，美国在亚利桑那的沙漠中建立了一个“生物圈2号”的生态实验室。8名科学家参与了此次实验，目的就是在这个完全密封的环境中研究出动植物以及空气土壤等对大自然空气调节的影响，更好的了解地球生态规律。

不过这次实验最终以失败告终，原因有很多，在此就不一一赘述了。不过这次试验让世界认识到，如果人类继续肆意破坏地球的生态环境，未来将寸步难行。

既然把科学家放进去实验不行，我们干脆就来一个数字化模拟的地球。于是乎，我国最近新发布了一则关于“地球系统模拟装置”的新闻，那么它到底是怎样的呢？

在了解“寰”之前，我们先来看看它是怎么来的。

2016年签署的《巴黎协定》中提出，将一个模拟的“地球”放到实验室后，里面所有的变化都由地球系统模拟装置计算，最终观察在不同二氧化碳排放量的情况下，“地球”的自然系统有什么反应，以达一个适合地球未来生态环境的气温标准。而这里所说的“地球”并不是我们生活的这个蓝星，而是一个用各种数学物理公式组成的“数字化地球”。

科学家们认为，地球上所有的有机物甚至无机物，包括空气、江河湖海、山川冰雪、繁衍生息的生命体等等世间万物都可以被简单的分为五个圈层：大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈。

人们生活在地球上感受着每个圈层所带来的变化，同时也能够总结出一些自然变化的规律，并且可以用数学公式将它们表现出来。

“地球系统模拟装置”就是因此而来，将地球数字化以后，只要将某一时刻的数据输入进去，就可以观察到那个时候地球发生的事情。再通过超级计算机对其进行大规模的计算，人类就可以得到地球演化的规律，甚至可以重现过去、模拟现在、预测未来。

说了这么多，中国的“寰”又能做到哪些呢？

其实我刚开始听到这个名字的时候也很纳闷，这个“寰”是什么意思呢？

虽然官方并没有给出起名的原因，难道又是网友众筹？当然，寰这个字代表了广大的地域，意指五湖四海。这个名字也说明了它的作用，模拟“五湖四海”不就是模拟“地球”嘛。

与美国相比不同的是，我国的模拟系统不需要“真人”走进去实验，只需要科学家们在后台动动手指，输入数据就可以了。

不过事实当然不会像我说的那么简单，“寰”不是只需要建造一个地球模拟系统，还需要空间分辨率高达3公里的区域高精度环境模拟系统，庞大的数据库和资料可视化系统，还有很多基础设施配置，所以其背后的工作量是极大的，并不是动手就能解决的。

“寰”将坐落于北京怀柔，它利用了最新的技术水平，以模拟地球为核心进行多维度发展，未来建成后会成为我国地球系统科学研究的模板。

虽然我国在这个方面起步较晚，“寰”还是使用了我国自主研发的数值模拟软件系统，具有完整的模拟生态过程，分辨率达到世界领先水平。并且在多个方面充分考虑了地球各个圈层相互之间的作用。未来还将进一步模拟“天气、冰川、地块”等等的变化情况。

换句话说，“寰”除了可以为我们模拟地球以外，还能够准确预测天气、冰川融化、地震甚至火山爆发。

不过“寰”的内部数据再怎么厉害，可它毕竟是一个模拟系统，没有一个好的超级计算机与之匹配也是不行的。

我国科学家专门为“寰”研发了国产超级芯片和高性能计算机，它的能力强大到离谱，其一分钟的算力就相当于全球72亿人同时使用计算机不间断计算4年之久。特制的“硅立方”数据库则拥有80PB的存储空间，大约可以放下13个国家图书馆的所有数据。

通过前面的介绍我们可以知道，我们生活的地球是由每个圈层紧密联系组成的复杂的生态系统，每个圈层中都包含着它们各自的物理、化学和生物过程，因此地球模拟系统最重要的就是真实性。只有足够真实，才可以准确描述各个圈层中的所有过程，才可以达到我们所想象的“模拟过去、窥探未来”。

地球模拟装置作为一个国家综合国力的体现，各国科学家都在经历开发属于自己的研究模式。比如最近的第六次国际耦合模式比较计划，全球有33家机构参加，提供了大约112个气候模式版本。

也就是说，现在世界上对于气候模拟模式的争夺是十分激烈的，但它们也仅仅是模拟气候，只有美国、中国、日本等少数国家可以提供地球系统模拟。看到没有，中国两个大字赫然在内，也就是说，我国的地球模拟系统已经位居世界前茅。

而本次中国所研发的地球系统模式CAS-ESM就是地球模拟实验室“寰”的核心软件，与其他软件相比，CAS-ESM对全球植被、生产力等等数值的模拟要优秀很多。

大禹认为，虽然现在我们的“寰”还没有正式出世，但如此多的数据对比已经证明了我们的国之重器是十分强大的。

不过投入了如此多精力的“寰”，不可能只用来看看恐龙长什么样子吧？那么它在未来的生活中都有什么作用呢？我就给大家来分析一下地球模拟的实用性。

我国早早就确立了“碳中和”的发展方针，不止是大规模的节能减排、发展新能源，同时在不断地植树造林，进行碳捕集和封存。目的就是为了将二氧化碳的排放量和吸收量维持在平衡，从而实现“碳的零排放”。

而要完成这些步骤，我们不能仅凭一些数据来进行简单计算，这个时候地球系统模拟装置就派上用场了。

“寰”可以全面考虑地球目前的各个组成部分，尤其是生态系统中的演变对气候的影响。这一点就和我们开头所说的美国“生物圈2号”相似。都是模拟了一个环境来研究气候变化，不过“寰”的研究范围更广而已。

除此之外，大家有没有发现最近全球变暖导致的极端天气事件在不断增加。台风、暴雨、干旱和忽冷忽热的气温，甚至有些时候，我们隔壁城市在下暴雨而我们却是大晴天。这种突然并且变化强烈的天气就是全球变暖的问题。

我们不能控制这些极端天气，但是我们可以做到预测，就像天气预报一样。

不过大家都知道，天气预报几乎不可信，但是“寰”所配备的高性能计算将为它的数据计算提供了强硬的支持，有了超高的计算能力，就可以提升模式的空间分辨率。也就是说，“寰”可以准确预测极端天气和气候事件，并且利用其精细且完善的模式，更全面的捕捉天气信号，为我国对极端灾害天气的防御再增加一道围墙。

而且随着世界的发展，城市化问题所带来的污染愈加严重。“寰”建成后，将进行高精度的大气污染分类，模拟大气中的化学成分排放、金属模拟，从而达到追踪污染源头的作用。

也就是说，“寰”可以通过模拟来找到到底是哪家在排放污染物质，如果可以早一点建成，那福岛附近也不会出现核污水了吧。

总而言之，“寰”将会促进我国全面的科学发展，大到探寻地球秘密，小到治理环境污染，不过它的出现必将让我们在全球气候问题上拥有更多话语权。

今年，我国科学院已经宣布了“寰”即将建成，这不仅是我们的一项“大国重器”，还会给全人类带来更多生态环境方面的研究。

“寰”的特殊性让它可以模拟地球演变 历史 ，开头我们所说的恐龙时期、大航海时代甚至几万年后的地球都有可能在“寰”身上实现，让我们一起期待它的闪亮登场。