LLNL研发大气模拟器加速精准天气预测

当前，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室正推进大气模拟器研发，以提升中长期天气与气候预测效率。传统地球系统模型如美国能源部超级计算地球系统模型E3SM，需在超算上求解复杂物理方程，模拟未来十年天气往往耗时数月，且难以完整刻画从云滴微物理到全球环流的多尺度过程。 为缩短计算周期，团队推出名为STRATA的大气模拟器，并利用机器学习替代部分实时物理计算。该工具基于E3SM输出和观测数据训练，可在新初始条件下预测数日至数年的大气演变，速度较传统模型提高数个数量级，使科学家能够开展数百次集合模拟，评估多种可能结果而非依赖单一预测。E3SM负责人Peter Caldwell指出，初始条件差异会显著影响短中期预测，团队正与美国能源部Genesis Mission及Los Alamos国家实验室合作，借助MAGGIE项目生成更一致的初始条件，并用模拟器快速验证其质量。 团队还通过STITCH项目，针对云滴生成、湍流和降水等易产生不确定性的微观过程训练局部模拟器，并用美国能源部大气辐射测量设施观测数据进行验证。相关参数将反馈至E3SM，再为STRATA提供更优训练数据，形成更精准且高速的全球模拟闭环。研究人员表示，该成果有望提升关键基础设施、供应链和水资源安全预警能力，并辅助灾害应对与军事行动规划，但大规模应用仍需更多训练数据以及跨尺度物理方法的进一步融合。