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3月28日,2023年度“中国十大气象科技进展”评选结果公布。清华大学地球系统科学系(以下简称“地学系”)刘利教授课题组领衔完成的成果“地球系统数值预报耦合器C-Coupler3”入选。

该评选活动由全国气象科教融合创新联盟牵头组织,旨在及时反映我国气象科技领域最新进展,宣传气象科技成果,引领气象科技创新,凝聚各方力量,加快推进气象科技能力现代化和社会服务现代化。来自气象部门、相关领域高校、科研院所和企业的多项科技成果参选,百余名领域专家参与投票评选。

地球系统模式模块化耦合架构

地球系统数值预报耦合器C-Coupler3及其持续发展历程

耦合多圈层的地球系统模式是气候变化应对、防灾减灾等多领域的重要科技支撑。耦合器是支撑多圈层分量模式间相互作用与系统集成的公共基础平台。我国与欧美几乎同期启动模式研发,但耦合器研发比欧美晚了近20年。因此,实现耦合器的自主可控是地球系统科技自立自强的一项基本任务。

刘利课题组自2010年起自主研发耦合器C-Coupler,历经十多年努力,完成了多个国产耦合器版本,使我国彻底摆脱模式基础支撑软件落后的局面。其中于2023年建成的地球系统数值预报耦合器C-Coupler3取得了全球公里级高效并行耦合、模式通用并行框架、通用软件模块集成框架、通用集合耦合同化框架和通用数据输入/输出框架等关键技术创新。专家组评价:该成果首次实现了耦合器与多种框架的一体化发展,各项新技术与耦合器整体在国际上均处于领先地位,对推动我国地球系统数值预报和相关业务的高水平科技自立自强具有重大意义。

国务院印发的《气象高质量发展纲要(2022-2035年)》明确指出,要加快发展自主可控的地球系统数值预报模式。C-Coupler3已应用于我国地球系统数值预报的发展,为中国气象局下一代大气数值模式(MCV模式)的高质量自主研发提供支撑,实现了该模式动力框架与物理参数化过程的模块化并行耦合、便捷高效的数据输入/输出和全球/区域不同类型网格下的一体化高效并行,取得了10万核高可扩展性,为构建将该模式作为大气分量的地球系统模式奠定基础。

C-Coupler3正应用于5个国家重点研发计划项目耦合模式和同化系统的研发,支撑了解放军某部队、自然资源部第一海洋研究所和国防科技大学等单位区域海气浪耦合系统的模块化耦合构建与快速启动,并为中国气象局、国家海洋环境预报中心、中国科学院大气物理研究所、中山大学、清华大学等单位已有耦合模式的升级奠定基础。

以C-Coupler3为代表的C-Coupler耦合器系列作为 “十三五”以来我国基础研究取得的重大成果入选国家“十三五”科技创新成就展,被编入《中国基础研究发展报告2022》,全书入选的成果不到90项,其中地学领域成果不到20项。

成果由地学系与清华大学计算机系共同完成,主要完成人包括刘利、孙超、于馨竹、杨广文、王斌、于灏和李锐喆。研究受到国家重点研发计划和国家自然科学基金资助。


供稿:刘利

编辑:王佳音

审核:耿睿

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