2013-02-19 | 编辑：文\材料环境部 

冷伟等近日在地球冰盖模拟方面取得进展。他们针对冰盖模拟的完全模型，提出了高效的具有可扩展性的求解方法，开发了相应的并行计算程序并进行了模拟，获得了与以往模拟相比跟实际观测更吻合的结果。

全球气候变化会对人类活动造成重要的影响，地球温度的升高使得冰盖消融，引起海平面上升，导致人口密集的沿海地区面临咸潮破坏，甚至淹没之灾。冰盖模拟的内容为在一定的大气条件下冰盖的移动、融化和断裂。预测出这些数据，就可以得到由冰盖进入海洋的总水量，然后计算出冰盖对海平面上升的影响。由于冰盖问题的计算量很大，所以目前冰层的研究中存在着很多近似模型，但这些模型对完全的模型进行了不同程度的简化，因此也带来了很多误差，特别是在人们感兴趣的冰层边界，这些误差可能非常大。随着近年来计算机运算能力的大幅提高，并行计算技术的不断完善，以及大规模并行计算的机 群在逐渐兴建，如何利用大型机群的超强计算能力，发展冰盖问题的非线性的完全模型的高效求解方法，进行地球冰盖模拟已成为冰盖研究热点。

他们在地球冰盖模拟方面取得重要进展包括：对冰盖的完全模型，推导了非线性问题的 Newton 迭代格式，相对于以往文献中普遍采用的 Picard 迭代，大大减少了求解非线性问题的迭代次数；对线性化的模型导出的鞍点问题构造了新型预条件子，该预条件子从算子运算的角度出发是对原问题的很好的逼近，在该预条件子中，又采用了代数多重网格方法来解决速度子问题中因可变粘性和各向异性而带来的求解困难；对欧洲大陆冰盖模型模拟的测试中，发现完全冰盖模型模拟的结果不存在简化模型的非物理解，并对格陵兰岛的冰盖进行了数值模拟，预测短期冰盖运动行为。

他们基于本所的 PHG 平台开发了冰盖完全模型的模拟程序，并在本所的机群上进行了测试，该程序在使用到上千个核并有近亿未知数的规模模拟时仍然具有很好的并行效率。目前，该程序已经被吸收为美国的天气气候模拟软件 MPAS 的一部分。跨尺度预测模式（MPAS）是研究天气，局部气候和全局气候模拟的项目，该项目的主要研究单位包括美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的气候研究组和美国国家大气研究中心，该项目目前包括大气、海洋和陆地冰盖模拟三个组成部分，其中冰盖模拟的完全模型模拟部分使用了本所研究人员开发的三维冰盖求解器。

地球冰盖模拟是研究全球气候变化的重要一环，准确、高效的冰盖模拟是人们准确预测全球气候变化的关键之一，本研究发展冰层问题的完全模型的高效求解方法，使得冰盖完全模型的数值模拟得以实现。他们今后将继续冰盖模拟的其他组成部分的研究，如冰盖入海浮冰的断裂，冰盖温度变化和冰盖底部含水层变化等等，以求更全面更准确的预测冰盖运动和融化。