在北京怀柔的青山绿水间，一颗“数字地球”正在为守护全球的青山绿水而脑力全开。作为我国目前唯一专门用于地球系统模拟预测研究、软硬件一体的大科学装置，地球系统数值模拟装置“寰”可以反演地球的过去、观察地球的现在、预测地球的未来。而怀柔科学城也已建设成为全国重大科技基础设施密度最强的地区之一。
“数字地球”模拟全球风云
在怀柔科学城东区，穿过一条充满科技感的“时空隧道”，“寰”的强大能力在眼前徐徐铺展。
“地球大气的风云变幻，遵循的依然是最基本的物理规律，我们可以用一套方程对它进行描述。只不过，这套方程十分复杂，要解开它，必须用上最强大脑——‘硅立方’超级计算机。”中国科学院大气物理研究所正高级工程师张贺说，它“思考”1秒所调用的计算量，抵得上全球人口同时用计算器算上4年左右。在270万行模拟程序代码的支撑下，“地球”被装进了实验室。
自2022年10月正式开放运行以来，“寰”的能力一直在升级。张贺表示，最新的CAS-ESM2.0版本对大气环流、海洋环流等分系统进行了全新设计，能更准确地模拟当代气候，计算速度也提升20%以上。同时，“寰”于2024年11月发布的新一代空气质量模式EPICC-Model，实现了PM2.5、臭氧、沙尘等的一体化模拟与溯源，分辨率达到1公里和1小时。
“在预估气候变化的基础上，‘寰’还能预测植被、海洋等生态环境变化，更好地服务经济社会发展。”展望装置新一代的升级方向，张贺和同事计划在接下来的几年中，将人类活动、城镇化、大陆冰盖消融等因素融入模型，持续迭代，让这枚“数字地球”更好地为防灾减灾、应对气候变化、大气环境治理等重大问题提供科学支撑。
高水平成果密集产出
随着一座座大科学装置建成投用，来自全国乃至世界各地的科研团队，都慕名来到怀柔，希望借助这些世界领先的平台产出前沿成果。
只有宇宙的背景辐射温度几千分之一的极低温，接近地心压力的超高压，比地球磁场高出几十万倍的强磁场，以及能捕捉到千万亿分之一秒画面的“高速摄影机”……中国科学院物理研究所在怀柔科学城落地的综合极端条件实验装置中，这些探索极限的实验条件，就在助推顶尖成果持续产出。在几十毫开尔文的极低温环境下，量子物质终于展现了不肯轻易示人的特性——量子自旋超固态。我国科研团队利用该装置，第一次“看”到了这项重要发现，首次对超固态物质存在的猜想进行了证实。
怀柔科学城设施平台处副处长高浚淇介绍，包括“寰”、综合极端条件实验装置在内，目前，怀柔科学城已有10个设施平台对外开放运行，支撑622家国内外科研团队开展千余项课题研究，开放共享机时超过123万小时。
一项项重磅科技成果，正在从这些设施平台中破土而出。北京大学轻元素交叉平台自主研发的国产qPlus型扫描探针显微镜实现商业化，并拍下世界首张冰表面的原子级清晰“定妆照”；先进光源技术研发与测试平台原创性研发我国首台1.3GHz9-cell超导加速模组，极大降低了加速器造价和运行费用；新一代无液氦稀释制冷工程样机达到国际主流商业机水平，在解决量子计算核心科技问题上迈出关键一步……截至目前，怀柔科学城已累计产出科研成果329项，发表SCI论文等高水平学术论文465篇。
“科学之城”正加速建设
围绕物质、空间、生命、地球系统、信息与智能五大科学方向，怀柔科学城已布局37个科技设施平台项目。6个大科学装置、17个科教基础设施、14个交叉研究平台，这座“科学之城”已建设成为全国重大科技基础设施密度最强的地区之一。
目前，怀柔科学城“十三五”时期布局的29个设施平台已全部进入科研状态，今年，这里将加快推进“十四五”项目工程建设进度，进一步打造世界级原始创新承载区。
在怀柔的青山绿水之间，科学家还拥有了温馨小家。在过去的一年里，怀柔科学城加速构建城市形态，起步区规划实现率达85%，基础设施完成率达91%。“八横五纵”的城市主干路加快构建，“十四五”规划的优质教育、医疗资源全部布局完成，人才社区、公寓、商品房等多层次住房保障体系进一步完善……怀柔科学城规划建设处处长史忠峰表示，科学城城市框架提前一年基本形成。
今年，怀柔科学城还将持续优化科学城城市框架并织补城市功能，提升城市品质和综合承载能力。构建科学城“直连直通”交通体系、推进雁栖国际社区二期正式入住、确保城市客厅全面运行……“科学+城”建设正在加速推进，将这里打造成为科学家钟爱的“一生之城”。
