海洋在氣候變化中起控制性作用，是地球上最大的活躍碳庫，也是重要性災(zāi)害性天氣臺風(fēng)的誕生地。海洋具備巨大的熱含量，是最大的氣候調(diào)節(jié)器，人類活動引起全球熱量增加的90%以上進(jìn)入了海洋，可以說，如果沒有海洋這個巨大的“空調(diào)”， 地球早已進(jìn)入“水深火熱”之中。然而，海洋又很“善變”，人類對于海洋災(zāi)害的認(rèn)識和預(yù)測預(yù)報能力依然有限。自然資源部第一海洋研究所（以下簡稱“海洋一所”）副所長、國際歐亞科學(xué)院院士、青島市科學(xué)技術(shù)最高獎獲得者喬方利，就是一位潛心研究海洋“脾氣”、預(yù)測預(yù)報海洋和氣候變化的科技工作者。
早在2022中國算力大會昇騰鯤鵬生態(tài)分論壇上，喬方利就智慧海洋探索與實踐進(jìn)行了分享，他指出：利用AI技術(shù)加速解決海洋高分辨率預(yù)測預(yù)報等問題，有望在國際領(lǐng)域成為新的突破點。青島人工智能計算中心將成為海洋科研創(chuàng)新的新助力，可為海洋一所發(fā)展智慧海洋提供新動能。
MASNUM實驗室的新旅行：昇騰AI帶來的科學(xué)智能變革
自然資源部海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點實驗室（MASNUM實驗室）是面向國家海洋減災(zāi)防災(zāi)、海洋環(huán)境安全保障及氣候變化預(yù)測等重大需求，通過建立國際獨具特色的海洋和地球系統(tǒng)數(shù)值模式，引領(lǐng)海洋與氣候模式的發(fā)展，不斷提升其模擬和預(yù)報預(yù)測能力，增進(jìn)對海洋動力過程及其規(guī)律的認(rèn)識，為國家可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐。華為與MASNUM基于MindSpore和昇騰硬件，通過數(shù)值模式、多源數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)等深度融合，打造國產(chǎn)海洋與氣候智能預(yù)測預(yù)報模型，并共同建設(shè)人工智能海洋與氣候應(yīng)用的科研生態(tài)圈。
海洋/氣候數(shù)值模擬與機(jī)器學(xué)習(xí)融合示意圖（改編自：宋振亞等，2019，海洋科學(xué)進(jìn)展）
在MASNUM實驗室主任喬方利研究員的帶領(lǐng)下，相關(guān)團(tuán)隊在11月份正式入駐青島人工智能計算中心，為國產(chǎn)海洋與氣候智能預(yù)測預(yù)報模型夯實了算力底座。雙方擬圍繞提升海洋上層環(huán)境（海浪、溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽、含氧量等）和以海洋為紐帶的氣候系統(tǒng)精細(xì)化結(jié)構(gòu)及其變化的科學(xué)認(rèn)知與模擬能力，突破人工智能海洋應(yīng)用的科學(xué)與技術(shù)瓶頸，基于華為自主人工智能框架和海洋/海氣耦合數(shù)值模式，提出海洋上層精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化及機(jī)理的新認(rèn)知，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海洋上層環(huán)境和氣候要素模擬的人工智能解決方案，在關(guān)鍵海區(qū)開展應(yīng)用和評估，實現(xiàn)海洋上層環(huán)境的智能、精準(zhǔn)模擬，促進(jìn)人工智能、海洋科學(xué)、高性能計算的深度融合。
上層海洋環(huán)境探索的新路徑：三方深化合作助力智能快速預(yù)報研究
海洋千姿百態(tài)，從湍流到環(huán)流、從海浪到潮汐、從溶解氧極小值到生物量極大值等，無不蘊藏著豐富的動力與生態(tài)過程。為探索上層海洋現(xiàn)象和規(guī)律認(rèn)知，基于華為自主發(fā)展的MindSpore框架和計算中心平臺，喬方利、宋振亞研究員等代表MASNUM實驗室相關(guān)科研團(tuán)隊與華為、青島人工智能計算中心達(dá)成合作規(guī)劃，聯(lián)創(chuàng)開展上層海洋與氣候機(jī)理認(rèn)知與智能快速預(yù)報研究。主要內(nèi)容包括：
1.發(fā)展海洋環(huán)境多源異構(gòu)數(shù)據(jù)精細(xì)化質(zhì)控技術(shù)和多尺度、高維度時空變化特征智能提取方法，研究多特征的非線性映射關(guān)系，突破稀疏觀測數(shù)據(jù)重構(gòu)新技術(shù)，建立海洋環(huán)境大數(shù)據(jù)樣本集。
2.發(fā)展針對海洋典型現(xiàn)象（如中尺度渦、鋒面、內(nèi)波等）的識別和分析模型，發(fā)展海上活動（船只、動物、風(fēng)速、降水等）的識別和分析模型。
3.開展海洋環(huán)境預(yù)測預(yù)報物理模型參數(shù)化改進(jìn)和模式訂正研究，發(fā)展物理模型和智能模型集成和協(xié)同作用方法，提高復(fù)雜海洋環(huán)境預(yù)測預(yù)報能力。
4.發(fā)展可解釋性人工智能模型，挖掘數(shù)據(jù)蘊含的海洋環(huán)境演化特征及相互關(guān)聯(lián)，探索海洋環(huán)境現(xiàn)象特征規(guī)律、關(guān)鍵影響因子，實現(xiàn)輕量化海洋和氣候現(xiàn)象預(yù)測預(yù)報。
海洋環(huán)境科學(xué)與數(shù)值模擬重點實驗室宋振亞研究員表示，上層海洋與氣候機(jī)理認(rèn)知與智能快速預(yù)報和人工智能有著天然的耦合關(guān)系。預(yù)報需要大量的、多種多樣的資料，而人工智能天生就是處理大數(shù)據(jù)的工具。在華為、青島人工智能計算中心的加持下，上層海洋與氣候機(jī)理認(rèn)知與智能快速預(yù)報將建立數(shù)據(jù)-知識協(xié)同驅(qū)動的海洋環(huán)境預(yù)測預(yù)報新體系、構(gòu)建一套上層海洋高分辨率數(shù)據(jù)集，用昇騰AI來賦能海洋預(yù)報和氣候預(yù)測。目前雙方已完成基于機(jī)器學(xué)習(xí)的海洋表層溫度日變化預(yù)測模型的研制，基于深度學(xué)習(xí)方法的海浪波高快速預(yù)報模型OSWave-CNN的Mindspore框架適配也已完成，正在進(jìn)行測試和認(rèn)證。這些成果充分顯示出了三方優(yōu)勢互補的合作成果和廣闊的前景。
來源： 自然資源部第一海洋研究所
