8月15日，在由中国计算机学会（CCF）主办的第21届CCF全国高性能计算学术年会上，西太计划模式集成项目团队主导开展的工作《Kilometer-Scale AI-Powered and  Performance-Portable  Earth  System  Model (AP³ESM) to Achieve Year-Scale Simulation Speed on Heterogeneous Supercomputers》^【1】夺得CCF HPC China 2025“超算年度最佳应用”奖^【2】，该工作也是国内唯一入围2025年戈登·贝尔气候建模奖的工作。该项工作由模式集成项目依托单位崂山实验室牵头，联合中国科学院大气物理研究所、中国科学院计算机网络信息中心、航天宏图信息技术股份有限公司、青岛国实科技集团有限公司、山东大学、南京信息工程大学、山东师范大学、中国地质大学（北京）、清华大学、国家超级计算无锡中心、鹏城实验室团队攻关完成。

本项工作是基于我国自主发展的全球气候海洋模式(LICOM)和全球大气环流模式(GRIST)，构建了超高分辨率地球系统模式AP³ESM。模式包括大气、陆面、海洋和海冰分量，其中大气和海洋分量模式分辨率均可实现1公里数值模拟，达到国际领先水平。模式采用了人工智能增强的物理参数化、混合精度计算、自适应并行算法等先进优化技术。使用Kokkos和OpenMP实现性能可移植特性，使得该模式能够在两个国产异构系统上高效运行，并产生最小的开发成本。在神威·海洋之光系统上，3km大气和2km海洋模式耦合的地球系统模式（3v2）可扩展至接近4000万核心，模式的峰值速度达到每天1.01模拟年，从规模到速度都远超现有的SOTA水平（图1）。值得注意的是，3v2模式的后报实验成功再现了2023年的超级台风“杜苏芮”及其在中国各地引发的极端降雨（图2）。 

AP³ESM的成功发展是我国公里级地球系统模式研发的重大突破，为高精度的气候模拟和天气预报提供了新的工具，也为天气气候的无缝隙预报打下坚实基础。同时，国产异构超算平台性能可移植和AI赋能的物理参数化等技术的成功运用，为打造超智融合的“透明海洋”模式底座指明了技术方向。

图1 耦合模式的计算规模和速度现状

图2 （a）3v2的AP3ESM模拟的大气降水和海表流速，方框标记出来的是超强台风“杜苏芮”；（b）1km的GRIST模拟的总云量；（c）1km的LICOM模拟的海表动能。

该研究是国家自然科学基金“西太平洋地球系统多圈层相互作用”重大研究计划集成项目“西太平洋多圈层、跨尺度相互作用及其气候效应的高分辨率数值模拟和集成研究”（项目批准号：92358302）的重要研究成果。项目负责人刘海龙研究员、项目骨干林鹏飞研究员为共同通讯作者之一，项目骨干郑伟鹏教授级高工也参与了本项工作。

注【1】：Kai Xu, Maoxue Yu, Yuhu Chen, Jie Gao, Shuang Wang, Jiaying Song, Xiaohui Duan, Junlin Wei, Jiangfeng Yu, Hailong Liu*, Jinrong Jiang*, Yi Zhang*, Pengfei Lin*, Tianyi Wang, Pengfei Wang, Weipeng Zheng, Jingwei Xie, Jiakang Zhang, Zilu Liu, Xiaoyu Jin, Jilin Wei, Qixin Chang, Qingxia Lin, Yanzhi Zhou, Yiwen Li, Weiguo Liu, Wei Xue, Haohuan Fu, Yue Yu, Xuebin Chi, Lixin Wu. 2025, Kilometer-Scale AI-Powered and Performance-Portable Earth System Model (AP³ESM) to Achieve Year-Scale Simulation Speed on Heterogeneous Supercomputers. SC25: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (CCF-A), Accepted.

注【2】：CCF HPC China年度超算最佳应用奖是中国高性能计算领域最具权威性和影响力的奖项之一，该奖项设立的初衷是表彰国内在超算应用中取得重大创新突破、具备突出科学价值与工程影响力的成果，代表了我国超算应用研究的最高水平。崂山实验室模式研发团队去年参与的工作《A Performance-Portable Kilometer-Scale Global Ocean Model Across Various Heterogeneous Supercomputers》也获得了CCF HPC China 2024“超算年度最佳应用”奖项，同时入围2024年ACM戈登·贝尔气候建模奖。