在北京懷柔的青山綠水間，一顆“數(shù)字地球”正在為守護全球的青山綠水而腦力全開。作為我國目前唯一專門用于地球系統(tǒng)模擬預測研究、軟硬件一體的大科學裝置，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置“寰”可以反演地球的過去、觀察地球的現(xiàn)在、預測地球的未來。而懷柔科學城也已建設成為全國重大科技基礎設施密度最強的地區(qū)之一。

“數(shù)字地球”模擬全球風云

在懷柔科學城東區(qū)，穿過一條充滿科技感的“時空隧道”，“寰”的強大能力在眼前徐徐鋪展。

“寰”可視化展廳照片

“地球大氣的風云變幻，遵循的依然是最基本的物理規(guī)律，我們可以用一套方程對它進行描述。只不過，這套方程十分復雜，要解開它，必須用上最強大腦--‘硅立方’超級計算機。”中國科學院大氣物理研究所正高級工程師張賀說，它“思考”1秒所調用的計算量，抵得上全球人口同時用計算器算上4年左右。在270萬行模擬程序代碼的支撐下，“地球”被裝進了實驗室。

自2022年10月正式開放運行以來，“寰”的能力一直在升級。張賀表示，最新的CAS—ESM2.0版本對大氣環(huán)流、海洋環(huán)流等分系統(tǒng)進行了全新設計，能更準確地模擬當代氣候，計算速度也提升20%以上。同時，寰于2024年11月發(fā)布的新一代空氣質量模式EPICC-Model，實現(xiàn)了PM2.5、臭氧、沙塵等的一體化模擬與溯源，分辨率達到1公里和1小時。

“在預估氣候變化的基礎上，‘寰’還能預測植被、海洋等生態(tài)環(huán)境變化，更好地服務經濟社會發(fā)展。”展望裝置新一代的升級方向，張賀和同事計劃在接下來的幾年中，將人類活動、城鎮(zhèn)化、大陸冰蓋消融等因素融入模型，持續(xù)迭代，讓這枚“數(shù)字地球”更好地為防災減災、應對氣候變化、大氣環(huán)境治理等重大問題提供科學支撐。

高水平成果密集產出

隨著一座座大科學裝置建成投用，來自全國乃至世界各地的科研團隊，都慕名來到懷柔，希望借助這些世界領先的平臺產出前沿成果。

只有宇宙的背景輻射溫度幾千分之一的極低溫，接近地心壓力的超高壓，比地球磁場高出幾十萬倍的強磁場，以及能捕捉到千萬億分之一秒畫面的“高速攝影機”……中國科學院物理研究所在懷柔科學城落地的綜合極端條件實驗裝置中，這些探索極限的實驗條件，就在助推頂尖成果持續(xù)產出。在幾十毫開爾文的極低溫環(huán)境下，量子物質終于展現(xiàn)了不肯輕易示人的特性—量子自旋超固態(tài)。我國科研團隊利用該裝置，第一次“看”到了這項重要發(fā)現(xiàn)，首次對超固態(tài)物質存在的猜想進行了證實。

地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置“寰”機房

懷柔科學城設施平臺處副處長高浚淇介紹，包括“寰”、綜合極端條件實驗裝置在內，目前，懷柔科學城已有10個設施平臺對外開放運行，支撐622家國內外科研團隊開展千余項課題研究，開放共享機時超過123萬小時。

一項項重磅科技成果，正在從這些設施平臺中破土而出。北京大學輕元素交叉平臺自主研發(fā)的國產qPlus型掃描探針顯微鏡實現(xiàn)商業(yè)化，并拍下世界首張冰表面的原子級清晰“定妝照”；先進光源技術研發(fā)與測試平臺原創(chuàng)性研發(fā)我國首臺1.3 GHz 9-cell超導加速模組，極大降低了加速器造價和運行費用；新一代無液氦稀釋制冷工程樣機達到國際主流商業(yè)機水平，在解決量子計算核心科技問題上邁出關鍵一步……截至目前，懷柔科學城已累計產出科研成果329項，發(fā)表SCI論文等高水平學術論文465篇。

“科學之城”正加速建設

圍繞物質、空間、生命、地球系統(tǒng)、信息與智能五大科學方向，懷柔科學城已布局37個科技設施平臺項目。6個大科學裝置、17個科教基礎設施、14個交叉研究平臺，這座“科學之城”已建設成為全國重大科技基礎設施密度最強的地區(qū)之一。

目前，懷柔科學城“十三五”時期布局的29個設施平臺已全部進入科研狀態(tài)，今年，這里將加快推進“十四五”項目工程建設進度，進一步打造世界級原始創(chuàng)新承載區(qū)。

懷柔科學城城市框架布局圖（空間結構圖）

在懷柔的青山綠水之間，科學家還擁有了溫馨小家。在過去的一年里，懷柔科學城加速構建城市形態(tài)，起步區(qū)規(guī)劃實現(xiàn)率達85%，基礎設施完成率達91%。“八橫五縱”的城市主干路加快構建，“十四五”規(guī)劃的優(yōu)質教育、醫(yī)療資源全部布局完成，人才社區(qū)、公寓、商品房等多層次住房保障體系進一步完善……懷柔科學城規(guī)劃建設處處長史忠峰表示，科學城城市框架提前一年基本形成。

今年，懷柔科學城還將持續(xù)優(yōu)化科學城城市框架并織補城市功能，提升城市品質和綜合承載能力。構建科學城“直連直通”交通體系、推進雁棲國際社區(qū)二期正式入住、確保城市客廳全面運行……“科學+城”建設正在加速推進，將這里打造成為科學家鐘愛的“一生之城”。

北京晚報記者 劉蘇雅