超级电脑模拟9级大地震
北京时间3月3日消息，据国外媒体报道，美国的一个科学家小组最近利用一台超级计算机，模拟了300多年前发生在太平洋海底的一次地震，以帮助人们应对今后可能出现的大地震。
这次地震发生在1700年1月26日当地时间大约下午9点左右，太平洋西北部海底的川德佛卡板块突然发生移动，共朝着东部的北美洲板块下方移动了大约60英尺。此次板块运动制造了可怕的地震，震级几乎达到了9级。除此之外，地震引发的大海啸也席卷整个北美洲海岸，并一直波及到日本海沿岸。自此之后，位于该地区之下的温哥华、西雅图和波特兰等城市便一直处于相对平静的状态。但科学家相信，震级超过8级的大地震每400年至500年便会出现一次。也就是说，危险正朝着我们逼近。
倘若发生 可怕之极
为了帮助应对下一次出现的大地震，一支由美国圣地亚哥州立大学地震学家基姆·奥尔森挂帅的研究小组，利用一台超级计算机的“虚拟地震”程序，第一次创建了具有现实意义的三维模拟过程，用于描述太平洋西北部地区强烈地震可能产生的影响。除了奥尔森外，参与此项模拟工作的还包括圣地亚哥分校超级计算机中心以及美国地质调查局的研究人员。
正如《地震学杂志》（Journal of Seismology）所报道的那样，科学家从模拟地震中了解的东西并不会打消人们心中的疑虑，尤其是对于西雅图市区的居民来说。根据一个有关破裂的想定，开始于北部的破裂一直向南延伸，波及卡斯卡迪亚地层潜没带600英里长的地区。在整个过程中，西雅图的地面每秒移动了大约1.5英寸，塔科马、奥林匹亚和温哥华的地面每秒移动近6英寸，俄勒冈州波特兰的地面每秒移动距离也达到了3英寸。其它模拟过程——尤其是开始于这一破裂区南部的地震显示，在某些情况下，地面移动的程度最大时能够增加一倍。
奥尔森说：“我们同样发现，这种地面高速移动是伴随着明显的低频摇动出现的，给人的感觉就像坐过山车一样。据模拟程序显示，整个过程持续了5分钟，这无疑是一段很长的时间。”
长时间的摇动加之地面的高速移动提高了下面这种可能性：一场类似这样的地震将会对大城市所在地区造成严重破坏，尤其是对于西雅图的高层建筑。类似洛杉矶到南部、西雅图、塔科马以及奥林匹亚这些位于充斥着沉积物的盆地顶部的城市，所面临的危险更为严峻，原因在于：盆地将在很大程度上对大地震产生的震波起到放大作用，进而加剧地震造成的破坏程度。
提高关注程度 采取保护措施
奥尔森说：“这些研究所能起到的一个作用就在于，提高人们对任何时候太平洋西北部发生大地震的可能性的关注程度。研究结果显示，由于地震更有可能在距离大城市几百公里外的地区发生，这一危险地区无疑将成为早期预警系统的受益对象，也就是在地震的攻击开始前拥有采取保护措施的时间。”基于地震发生地与城市之间的距离，早期预警系统可提供几秒钟到几十秒钟的时间采取应对措施，例如自动停止火车和电梯运行。
奥尔森指出：“模拟过程提供的信息也同样可以在大海啸风险研究中扮演重要角色。海啸往往是由类似的大地震导致的，2004年印尼苏门答腊-安达曼地震便酿成了这种惨剧。”迄今为止，有记录的规模最大的地震之一便是震级达到9.2级的苏门答腊-安达曼大地震，地震发生时，远至孟加拉国、印度和马来西亚等国均感到震动。地震引发的海啸破坏性也相当可怕，共有超过20万人在海啸中丧生。
除了在科学层面上对大地震加深了解外，电脑模拟结果也同样可以为紧急事件处理人员提供指导，完善建筑法规同时帮助工程师设计更为安全的建筑——在这个拥有大约900万人的危险区域，类似的措施可潜在地挽救大量生命和财产。
一项令人畏惧的任务
即使拥有圣地亚哥超级计算机中心的超级计算能力和庞大数据源，打造“虚拟地震”仍旧是一项令人畏惧的任务。准备原始数据的计算工作由中心的DataStar超级计算机完成，计算后得到的结果通过中心先进的虚拟文件系统或者GPFS-WAN传送给超级计算机Blue Gene Data，用于主模拟过程。GPFS-WAN能够将完整的数据传送给不同的——有时是远距离的——超级计算机。
在奥尔森精密的“滞弹性波模型”模拟程序运行过程中，与模拟同等重要的就是完成数据进出超级计算机这一复杂过程。据悉，仅完成其中一个模拟便动用了2000个超级计算机处理器，历时大约8万个“处理器小时”——相当于在你的私人电脑上不间断运行一个程序9年以上。
圣地亚哥超级计算机中心的计算科学家崔毅锋(音译)表示：“研究人员需要在最大程度上运行他们的程序，所产生的数据规模增加到令人畏惧的程度。为了应对这些新的挑战，我们几年来便与地震科学家在程序最佳化和修改等问题上进行紧密合作。”在整个研究过程中，崔毅锋做了大量改进，允许电脑模型“放大”并在类似这样一个庞大的地区“捕获”9级大地震。
齐心协力 应对挑战
为了顺利运行模拟程序，科学家必须在他们的模型中重建所有与大地震重要特征有关的组件。其中一个组件是有关地震次表层以及在地震波传播过程中结构如何弯曲、反射、改变大小和方向的精确模型。据报道，研究论文联合执笔人、美国地质调查局的威廉-斯蒂芬森与奥尔森以及德国乌尔姆大学的安德里亚-格塞尔梅耶合作，共同创建了第一个有关整个地区(从英属哥伦比亚一直延伸到北加利福尼亚州)次表层的统一“速度模型”。另一个组件便是一个有关震源(北美板块之下的川德佛卡板块移动之处)的模型。利用2004年印尼苏门答腊-安达曼大地震相关数据的测量结果，科学家创建了一个与太平洋西北部大地震类似的震源模型。
在此项研究中，打造一个纯粹“物理大小”的危险区也同样是一项不小的挑战。科学家的虚拟模型中包含了一个巨大的土制板层——长650英里，宽340英里，厚30英里，总体积超过700万立方英里。在一台网格空间达到250米的计算机帮助下，他们将这个“大块头”划分为大约20亿个小立方体。如此网格尺寸允许模拟地震的最大频率达到0.5赫兹，这一频率尤其对高层建筑产生破坏性影响。
奥尔森说：“创建模拟地震模型的其中一个作用就是让我们对不同地震进行各种假定，研究它们可能对地面移动产生什么影响。”由于在一次大地震或者几次小地震发生时释放的积聚压力或者“滑动不足”，科学家需要对不同规模的地震作出假定。他说：“我们发现，9级地震假定产生的地面移动速度最快时可达到相对较小的8.5级地震的5到10倍。”眼下，研究人员正打算创建其它模拟过程，依据震源、断层破裂延伸方向以及其它可变因素研究板块撞击范围。(来源：新浪科技 杨孝文）
