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2018年5月4日，美国能源部（DOE）推出新型地球模拟系统——“能源百万兆级地球系统模式”（Energy Exascale Earth System Model，E3SM），其分辨率达到天气尺度，利用先进的超级计算机预测气候变化及其对能源基础设施的潜在影响。

美国能源部曾于2014年7月启动了“能源加速气候模式”（Accelerated Climate Model for Energy，ACME）计划，其目标是预测风暴和海平面上升对发电厂、水坝和其他能源基础设施的影响，重点预测区域位于北美和北极地区。在美国启动百万兆级运算计划（Exascale Initiative）之后，DOE从2015年开始开发可以在百万兆级计算机上运行的模式。在2017年特朗普上任并宣布退出《巴黎协定》后，DOE从ACME计划名称中删除了“气候”一词，成为了当前的E3SM计划。

E3SM计划关注气候和地球系统研究的三大首要科学问题：①水循环。水循环如何与地区到全球尺度的人类—地球系统相互作用，并影响水资源可用性和水循环极端事件？②生物地球化学。生物地球化学循环如何与其他地球系统组成部分相互作用，并影响能源产业？③冰冻圈系统：冰冻圈系统如何随着地球系统快速变化，导致海平面上升与沿海脆弱性加重？

与先前的地球系统模式相比，C3ES新增了海洋、海冰、河流和土壤生物化学模拟，模式的垂直层数加倍，大气层更高，并采用了数字密集运算方法，可以在百万兆级机器上更容易地分块和并行运行。E3SM将可靠地模拟地球系统变率并预测其年代际变化，这将在不久的未来对美国能源部门产生严重影响。这些关键因素包括：①区域大气或水的温度，这可能给能源网络带来压力；②水资源供应，这将影响到发电厂运作；③极端水循环事件，这影响基础设施和生物能源；④海平面上升和沿海洪水，这将威胁沿海基础设施。