共筑智慧海洋科研生態圈

喬方利   海洋一所供圖

海洋/氣候數值模擬與機器學習融合示意圖  海洋一所供圖

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，也是重要性災害性天氣臺風的誕生地。海洋具備巨大的熱含量，是最大的氣候調節器，人類活動引起全球熱量增加的90%以上進入了海洋，可以說，如果沒有海洋這個巨大的“空調”， 地球早已進入“水深火熱”之中。

然而，海洋又很“善變”，人類對于海洋災害的認識和預測預報能力依然有限。自然資源部第一海洋研究所（以下簡稱“海洋一所”）副所長、國際歐亞科學院院士、青島市科學技術最高獎獲得者喬方利，就是一位潛心研究海洋“脾氣”、預測預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分論壇上，喬方利就智慧海洋探索與實踐進行了分享。他指出：利用AI技術加速解決海洋高分辨率預測預報等問題，有望在國際領域成為新的突破點。青島人工智能計算中心將成為海洋科研創新的新助力，可為海洋一所發展智慧海洋提供新動能。

MASNUM實驗室的新旅行：昇騰AI帶來的科學智能變革

自然資源部海洋環境科學與數值模擬重點實驗室（MASNUM實驗室）是面向國家海洋減災防災、海洋環境安全保障及氣候變化預測等重大需求，通過建立國際獨具特色的海洋和地球系統數值模式，引領海洋與氣候模式的發展，不斷提升其模擬和預報預測能力，增進對海洋動力過程及其規律的認識，為國家可持續發展提供科學支撐。華為與MASNUM基于MindSpore和昇騰硬件，通過數值模式、多源數據與機器學習等深度融合，打造國產海洋與氣候智能預測預報模型，并共同建設人工智能海洋與氣候應用的科研生態圈。

喬方利現任MASNUM實驗室主任，在他的帶領下，相關團隊在11月份正式入駐青島人工智能計算中心，為國產海洋與氣候智能預測預報模型夯實了算力底座。雙方擬圍繞提升海洋上層環境（海浪、溫度、鹽度、營養鹽、含氧量等）和以海洋為紐帶的氣候系統精細化結構及其變化的科學認知與模擬能力，突破人工智能海洋應用的科學與技術瓶頸，基于華為自主人工智能框架和海洋/海氣耦合數值模式，提出海洋上層精細結構的變化及機理的新認知，形成具有自主知識產權的海洋上層環境和氣候要素模擬的人工智能解決方案，在關鍵海區開展應用和評估，實現海洋上層環境的智能、精準模擬，促進人工智能、海洋科學、高性能計算的深度融合。

上層海洋環境探索的新路徑：三方深化合作助力智能快速預報研究

海洋千姿百態，從湍流到環流、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過程。為探索上層海洋現象和規律認知，基于華為自主發展的MindSpore框架和計算中心平臺。喬方利、海洋環境科學與數值模擬重點實驗室研究員宋振亞等代表MASNUM實驗室相關科研團隊與華為、青島人工智能計算中心達成合作規劃，聯創開展上層海洋與氣候機理認知與智能快速預報研究。

一是發展海洋環境多源異構數據精細化質控技術和多尺度、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系，突破稀疏觀測數據重構新技術，建立海洋環境大數據樣本集。

二是發展針對海洋典型現象（如中尺度渦、鋒面、內波等）的識別和分析模型，發展海上活動（船只、動物、風速、降水等）的識別和分析模型。

三是開展海洋環境預測預報物理模型參數化改進和模式訂正研究，發展物理模型和智能模型集成和協同作用方法，提高復雜海洋環境預測預報能力。

四是發展可解釋性人工智能模型，挖掘數據蘊含的海洋環境演化特征及相互關聯，探索海洋環境現象特征規律、關鍵影響因子，實現輕量化海洋和氣候現象預測預報。

宋振亞表示，上層海洋與氣候機理認知與智能快速預報和人工智能有著天然的耦合關系。預報需要大量的、多種多樣的資料，而人工智能天生就是處理大數據的工具。在華為、青島人工智能計算中心的加持下，上層海洋與氣候機理認知與智能快速預報將建立數據-知識協同驅動的海洋環境預測預報新體系、構建一套上層海洋高分辨率數據集，用昇騰AI來賦能海洋預報和氣候預測。