我国完全自主开发的“海洋环流数值模式‘妈祖1.0’”正式发布

12月29日，我国完全自主开发的“海洋环流数值模式‘妈祖1.0’”正式发布。该模式填补了我国海洋环流数值预报领域的空白，同时该模式在气候变化评估、海洋科学研究、海洋环境安全保障等领域有重大应用价值。
% W) Y/ q8 C2 k6 _　　据悉，该模式经自然资源部正式批准，由国家海洋环境预报中心（自然资源部海啸预警中心）自主研发，英文名称Mass Conservation Ocean Model，简称MaCOM1.0。
　　五十多年来，历经几代海洋人的不懈努力，我国海洋预报工作在国家海洋经济发展、海洋资源开发、海洋防灾减灾、海洋权益维护、海洋综合管控、海洋科学研究等领域的保障支撑作用日益显著，风暴潮、海啸、海冰预警报模式已实现完全自主开发并业务化应用，率先实现了核心技术由“跟跑”向“并跑”“领跑”的跨越。但在海洋环流、海浪数值模式方面，我国海洋预报业务和科研部门一直依赖由欧美国家，特别是美国开发的海洋数值模式，我国亟待解决海洋环流、海浪数值预报的“卡脖子”问题。
　　2018年以来，预报中心围绕“高水平科技自立自强”认真谋划，全力以赴推进自然资源部海洋预报“芯片”工程研发，成功研制了自主质量守恒海洋环流数值模式（“妈祖”1.0版）。2021年6月，经专家评审，自然资源部海洋预警监测司正式批复“妈祖”模式业务化试运行；11月12日，自然资源部在北京主持召开了专家审查会，海洋和大气领域8名“两院”院士和其他军民专家代表一致认为该模式综合性能达到国际同类模式先进水平，在质量守恒、水平网格降维、图拓扑并行通信、GPU加速方面具有创新性，建立了一系列自主可控的关键技术方法，有效弥补了我国自主海洋环流数值预报业务化模式应用的空白；“妈祖”模式在温盐垂直结构、海表面温度、海表面高度异常以及流场等方面的预报效果与国际主流海洋环流模式相当。
: ^3 b' Y$ _, P! W3 _) f6 v1 q　　“妈祖”模式相比国外主流海洋环流模式，在以下两个方面具有显著优势：
　　一是采用全新质量守恒物理框架，克服了传统体积守恒海洋模型在精确模拟海面高度和盐度等方面的固有缺陷，在国际上首次建立了基于质量守恒物理框架的业务化海洋环流模式。此外，该模式采用水平网格降维、图虚拟拓扑分区、异步I/O等新技术手段，大大提升了模型运算速度，比国际主流全球业务化系统缩短了40%以上的运行时间。2021年10月，该模式在全国并行计算挑战赛中获得第二名的好成绩。
　　二是具备“碳友好”特性，采用GPU并行加速，运行高效低耗，为国际海洋业务化同类模式首创。该模式采用图形处理单元（GPU）上运行的方式，具备对海量数据进行快速计算能力。据测算，制作全球10公里分辨率的海洋环流数值预报，相比采用传统CPU超算的同类模式，可节省80%以上的设备购置经费，降低能耗90%以上，每年可节省约200万电费，相当于减少碳排放520吨。目前欧美国家气象和海洋预报机构正在发展基于GPU计算的超高分辨率海洋和气象数值模式，但均处于实验阶段，“妈祖”海洋环流数值模式的业务化运行在国际上处于“领跑”地位。
5 s# @% j" P' T( L3 I& b) e( y6 n　　在自然资源部党组的领导下，国家海洋环境预报中心正在扎实推进海洋预报“芯片”工程，努力实现我国海洋数值预报系统全要素自主化的宏伟蓝图，不断提升海洋预报“中国芯”的影响力，助力实现我国在海洋预报领域高水平自立自强。
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