大科学装置让天有“可测”风云 把地球“装进”实验室

怀柔科学城大大小小的实验室中，可能数这间最令人称奇，它竟“装下”了我们赖以生存的蓝色星球——地球。

轻敲一下遥控器，地球模拟实验室的展厅大门徐徐打开，记者跟随中科院大气物理所正高级工程师张贺穿过充满科技感的“时空隧道”，留心观察着两旁墙上的各种文字、图表、数学模型。今年10月17日，地球系统数值模拟装置成为了怀柔综合性国家科学中心首个正式运行的国家重大科技基础设施。墙上所记录的，正是这个大科学装置“寰”的“前世今生”。

“隧道”尽头，拾级而上，直径3米的LED版模拟地球正在半空中“风起云涌”，呈现着不同时期的大气、海洋、植被等状况，5层楼高的超级计算机“硅立方”昼夜运转，为其提供算力支持。

“这些‘风起云涌’背后是不同数学模型的支撑。”张贺告诉记者，软件是这一装置的“灵魂”所在，打造了一个看不见、摸不着却又能让人们“一目了然”的虚拟地球。

能对地球的过去进行反演、对现在进行观察、对未来进行预测……地球系统数值模拟装置被誉为“国之重器”。但仅仅4年前，工程所在之处尚是一片荒地。大科学装置举世瞩目背后，隐藏着一段科研人的“寂寞”故事。

21世纪初，我国对地球系统数值模拟的研究蹒跚起步，但彼时的美国、欧洲等国家和地区已经纷纷制定了地球系统模式的研究计划，并投入巨资。故事从这样一个“悬殊”的起跑线开始了。

“那时候我的导师曾庆存院士走到哪里都要呼吁、倡导，‘一定要发展中国自己的地球系统模式’‘中国要在国际气候变化谈判中有更大的话语权’！”当时正在中科院读博士的张贺深受影响，暗下决心要把这门新生的“地球系统科学”搞懂学透。几年后，成为中科院地球系统模式CAS-ESM核心研发人员的张贺，接过了老一辈科学家的接力棒，薪火相传，砥砺前行。

从零到一，十年艰辛。地球系统模式的研发难点多、周期长、出成果慢、研究人员也少。张贺用一个形象的例子比喻，“最棘手的分量模式耦合及优化调试工作中，上百万行代码得一行行敲，一个错误找一两个月都是正常的。耐得住这份寂寞，才能结出梦想中的硕果。”

攻坚克难，更为不易的是走自主研发的道路。“大科学装置建成，可不是一蹴而就的。2015年，攻克了众多技术难题，我们成功研发了CAS-ESM1.0，即大装置的原型系统，它为大装置的正式建设奠定了坚实的基础，也大大增强了我们攻坚克难的信心。”张贺自豪地说，直到5年后的2020年，独立自主的2.0版本研发成功，中国与发达国家的研究水平几乎达到并跑状态，且不受外国的任何牵制，不惧怕技术封锁。

“软硬件自主化率超过90%、软件具有我国自主知识产权、芯片国产化都是它值得骄傲的特质。十多年寂寞地搞科研，总算是开花结果了。”张贺欣慰地说。

从2013年中科院建立“地球系统数值模拟装置”的申报获国家批准，到2018年破土动工；从2021年6月23日，地球系统数值模拟装置在怀柔科学城实现试运行，到2022年10月17日通过国家验收，正式开放运行。十年时间，这个令人骄傲的“国之重器”终在京郊怀柔大展宏图。

地球模拟实验室所在的北京怀柔综合性国家科学中心于2017年5月由国家发改委、科技部联合批复建设。“十三五”时期，5个大科学装置、11个科教基础设施、13个交叉研究平台提前一年全部开工，综合极端条件实验装置等2个大装置、5个平台建成运行，陆续产出重大科技成果。如今，怀柔科学城已初步形成重大科技基础设施集群。“十四五”时期，怀柔科学城将全面进入建设与运行并重的新阶段。

党的二十大报告提出，要“坚决打赢关键核心技术攻坚战，加快实施一批具有战略性全局性前瞻性的国家重大科技项目，增强自主创新能力。”随着地球系统数值模拟装置等国之重器的建设与运行，怀柔这片生机勃勃的科学热土，正向着世界级原始创新策源地发起冲击。

“未来，我们还要打造更加开放的平台，让全世界优秀的科研方案、科研思路都能汇聚在一起，让大科学装置在开放包容中不断完善。”张贺说。