“地球系统数值模拟装置”近日在北京市怀柔科学城落成启用。这是我国首个研制成功的地球系统数值模拟大科学装置，也是“十二五”国家重大科技基础设施。“地球系统数值模拟装置”的建成将服务于应对气候变化、生态环境建设、碳达峰碳中和愿景目标、防灾减灾（如天气预报）等国家重大需求，为国际气候与环境谈判提供有力的科学支撑。

　　这个名为“寰”（EarthLab）的地球系统数值模拟装置是我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地球系统数值模拟装置。其核心软件是中国科学院大气物理研究所(以下简称大气所)经过长期科研攻关，自主研发的地球系统模式，集成耦合了包含大气、海洋、陆面、植被生态、大气化学、海洋生化、陆地生化在内的7个分系统模式，能够模拟大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈、生物圈的演变规律，对地球的过去进行反演，对现在进行观察，对未来进行预测。

　　“寰”：为气候与环境谈判提供科学依据

　　一直以来，美国、欧洲、日本等发达国家凭借专门的地球模拟装置，在全球气候和环境变化问题的外交谈判中占据主导地位。

　　如今，我国面向地球系统专用数值模拟装置的建成将有利于扭转这一局面。“我们要用自己的计算数据作为气候与环境领域谈判的依据，提升我国的国际话语权。”中国科学院院士、国家最高科学技术奖得主曾庆存在启动仪式上指出。

　　2011年，中国科学院向国家申报建立“地球系统数值模拟装置”；2013年，这一项目被列入《国家重大科技基础设施建设中长期规划（2012—2030年）》；2018年，建立“地球系统数值模拟装置”获国家发改委批复，正式进入建设实施阶段。

　　新落成启用的地球系统数值模拟装置整体性能与国际先进水平相当，具备地球表层各圈层的模拟能力，能够更全面地考虑地球系统的各种过程。地球系统数值模拟装置建设的“区域高精度环境模拟系统”

　　也将显著提升我国应对环境问题的能力，使我国防灾减灾水平跃升到新高度，并为建设“美丽中国”提供支撑。

　　未来，日地空间环境模式、大陆冰盖模式和固体地球模式建设并逐步耦合到地球系统模式中，将促进我国地球系统科学整体迈向国际一流水平。

　　为碳达峰碳中和目标实现提供科学依据

　　大气所所长曹军骥告诉记者，对温室气体的核算、未来升温预估均需要包含完整圈层的地球系统模式的模拟研究作为支撑，而这正是“寰”的优势所在。

　　“寰”能够更全面地考虑地球系统的各组成部分，特别是与地球生态系统和生物地球化学过程相关的模拟及其与气候系统的相互作用，在此基础上建立起“生态—气温—二氧化碳浓度—碳排放量”的清晰关系，从而减少1.5℃温升目标与碳排放量关系的不确定性。

　　曹军骥指出， “寰”的建成为准确预报极端天气和气候事件提供了可能。同时，具有区域高精度大气污染模式分系统的“寰”，能够模拟大气中化学成分的排放、扩散、化学转化等过程。不仅如此，“寰”还具备重金属模拟能力、耦合源识别与追踪技术，能够做好污染物的“溯源”分析，从而提高大气污染预测水平。

　　“还可以把装置应用到环境的治理和改造工程或者环境规划中。”曾庆存指出，地球系统数值模拟装置的研究数据可以为我国的生态环境保护提供科学依据，助力碳达峰、碳中和。

　　基于地球系统模拟装置计算温升目标

　　地球系统模拟装置又称地球模拟实验室，就是将模拟的地球放进实验室里。这里所说的地球并不是一个真实的地球，而是一个基于各种物理数学方程的数字化地球。

　　《巴黎协定》中提出的无论是1.5℃还是2℃温升目标，均是基于地球系统模拟装置计算出来的。

　　作为综合国力的体现，各国科学家都在积极研发自己的地球模拟实验室。但只有美国、欧洲、日本、中国等少数国家和地区提交了地球系统模式，其中就包括由大气所牵头研发的地球系统模式CAS-ESM2.0。而CAS-ESM正是地球模拟实验室“寰”的核心模式软件。