中国超算全面统治最新全球500强：它对生活的影响超乎你想象( 二 ) _小知识

例如，我们可以借助超级计算机实施高精度模拟实验，并结合对实际气象灾害进行观测获得的大量数据来对天气这个复杂系统进行高精度的解析。
在开发可以迅速预报局部地区暴雨和龙卷风等突发灾害技术的同时，超级计算机还可以推断这些极端天气现象对于人和建筑物的危害程度，甚至还可以预测数周乃至数十年范围内台风的发生情况。

图3 超级计算机可以推断这些极端天气现象对于人和建筑物的危害程度（图片来源于网络）
此外，通过监测被人类活动排放到大气中的微粒子以及温室气体， pm2.5等物质含量以及分布的变化状况，超级计算机可以协助模拟这些物质对于天气和环境施加的影响并对其趋势加以预测。
例如，在欧洲，入侵物种豚草目前被限制在意大利北部和法国南部地区。不过，据计算机建模预测，到2050年，它将出现在包括德国、乌克兰、罗马尼亚和法国剩余地区在内的欧洲东部和北部。
与全球变暖趋势同步，不断上升的气温使豚草入侵欧洲东部和北部地区的时机已经成熟。更长的夏季意味着更多的豚草将完成其生命周期，并且产生成熟的种子。而大气中额外的二氧化碳将为这种植物提供养分，帮助其产生更多的花粉，而豚草的花粉极易诱发花粉过敏及其它呼吸道疾病，不仅侵害当地生态系统，更给人类健康造成重大威胁。根据计算机模型的预测结果，豚草成为欧洲生态灾难的可能性和严重性已经超过人类预期，亟待采取措施改变这种趋势。

图4. 豚草及其花粉的威胁（图片来源：Inra-Dijon）
2.“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”——能源产出、转换、储存相关的高效计算
对于全世界来说，能源问题都是最重要的课题之一。科研工作者正在致力于利用超级计算机进行与能源的制造、储存和能源合理利用相关的模拟实验。
例如，利用超级计算机模拟核反应堆运行，可以帮助研究人员更好地了解反应堆的性能，这比以前的方法具有更高的可靠性。最终的目标是提高功率、延长反应堆寿命和减少废物。
目前数字化的电站设计和建造已经在世界各地开展。电站核心的能量产生装置（水轮机、汽轮机、核反应堆等）和部分能量转换反应（煤炭、生物质能燃烧、核裂变等）在理想状态下的模拟实验已经可以通过计算机来完成。
美国西屋公司和先进轻水反应堆模拟仿真联盟（CASL）利用CASL的虚拟环境应用(VERA)程序对西屋公司AP1000反应堆堆芯进行物理模拟。 VERA通过产生3D高保真功率密度分布来呈现启动时的预期工况。通过并行使用24万个计算单元，可以模拟1万亿个粒子来降低统计误差。该项研究将有助于提高对堆芯情况的理解，以确保反应堆的安全启动。

图5. 轻水反应堆模型（来源：Kevin T Clarno）
3.“绿水青山枉自多，华佗无奈小虫何”——通过分子尺度的复杂系统模拟，助力疾病机理研究和新药开发
用理论方法分析大分子的结构动力学，可以为生物学实验提供对比分析。然而，当我们试图用物理化学原理来解答分子折叠、催化、分子间通过特异性等问题时，由于生物分子体系由成千上万的原子构成，它们的结构和动力学通过大量的范德华力、疏水、氢键等物理化学的弱作用来维系，在微观上缺乏均一性，这使得我们很难在生物大分子的研究中应用理论分析工具。

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