超級電腦模擬9級大地震
據國外媒體報道，美國的一個科學家小組最近利用一台超級計算機，模擬了300多年前發生在太平洋海底的一次地震，以幫助人們應對今後可能出現的大地震。
這次地震發生在1700年1月26日當地時間大約下午9點左右，太平洋西北部海底的川德佛卡板塊突然發生移動，共朝著東部的北美洲板塊下方移動了大約60英尺。此次板塊運動制造了可怕的地震，震級幾乎達到了9級。除此之外，地震引發的大海嘯也席卷整個北美洲海岸，並一直波及到日本海沿岸。自此之後，位於該地區之下的溫哥華、西雅圖和波特蘭等城市便一直處於相對平靜的狀態。但科學家相信，震級超過8級的大地震每400年至500年便會出現一次。也就是說，危險正朝著我們逼近。
倘若發生 可怕之極
為了幫助應對下一次出現的大地震，一支由美國聖地亞哥州立大學地震學家基姆·奧爾森掛帥的研究小組，利用一台超級計算機的“虛擬地震”程序，第一次創建了具有現實意義的三維模擬過程，用於描述太平洋西北部地區強烈地震可能產生的影響。除了奧爾森外，參與此項模擬工作的還包括聖地亞哥分校超級計算機中心以及美國地質調查局的研究人員。
正如《地震學雜志》（Journal of Seismology）所報道的那樣，科學家從模擬地震中了解的東西並不會打消人們心中的疑慮，尤其是對於西雅圖市區的居民來說。根據一個有關破裂的想定，開始於北部的破裂一直向南延伸，波及卡斯卡迪亞地層潛沒帶600英裡長的地區。在整個過程中，西雅圖的地面每秒移動了大約1.5英寸，塔科馬、奧林匹亞和溫哥華的地面每秒移動近6英寸，俄勒岡州波特蘭的地面每秒移動距離也達到了3英寸。其它模擬過程——尤其是開始於這一破裂區南部的地震顯示，在某些情況下，地面移動的程度最大時能夠增加一倍。
奧爾森說：“我們同樣發現，這種地面高速移動是伴隨著明顯的低頻搖動出現的，給人的感覺就像坐過山車一樣。據模擬程序顯示，整個過程持續了5分鐘，這無疑是一段很長的時間。”
長時間的搖動加之地面的高速移動提高了下面這種可能性：一場類似這樣的地震將會對大城市所在地區造成嚴重破壞，尤其是對於西雅圖的高層建築。類似洛杉磯到南部、西雅圖、塔科馬以及奧林匹亞這些位於充斥著沉積物的盆地頂部的城市，所面臨的危險更為嚴峻，原因在於：盆地將在很大程度上對大地震產生的震波起到放大作用，進而加劇地震造成的破壞程度。
提高關注程度 采取保護措施
奧爾森說：“這些研究所能起到的一個作用就在於，提高人們對任何時候太平洋西北部發生大地震的可能性的關注程度。研究結果顯示，由於地震更有可能在距離大城市幾百公裡外的地區發生，這一危險地區無疑將成為早期預警系統的受益對像，也就是在地震的攻擊開始前擁有采取保護措施的時間。”基於地震發生地與城市之間的距離，早期預警系統可提供幾秒鐘到幾十秒鐘的時間采取應對措施，例如自動停止火車和電梯運行。
奧爾森指出：“模擬過程提供的信息也同樣可以在大海嘯風險研究中扮演重要角色。海嘯往往是由類似的大地震導致的，2004年印尼蘇門答腊-安達曼地震便釀成了這種慘劇。”迄今為止，有記錄的規模最大的地震之一便是震級達到9.2級的蘇門答腊-安達曼大地震，地震發生時，遠至孟加拉國、印度和馬來西亞等國均感到震動。地震引發的海嘯破壞性也相當可怕，共有超過20萬人在海嘯中喪生。
除了在科學層面上對大地震加深了解外，電腦模擬結果也同樣可以為緊急事件處理人員提供指導，完善建築法規同時幫助工程師設計更為安全的建築——在這個擁有大約900萬人的危險區域，類似的措施可潛在地挽救大量生命和財產。
一項令人畏懼的任務
即使擁有聖地亞哥超級計算機中心的超級計算能力和龐大數據源，打造“虛擬地震”仍舊是一項令人畏懼的任務。准備原始數據的計算工作由中心的DataStar超級計算機完成，計算後得到的結果通過中心先進的虛擬文件系統或者GPFS-WAN傳送給超級計算機Blue Gene Data，用於主模擬過程。GPFS-WAN能夠將完整的數據傳送給不同的——有時是遠距離的——超級計算機。
在奧爾森精密的“滯彈性波模型”模擬程序運行過程中，與模擬同等重要的就是完成數據進出超級計算機這一復雜過程。據悉，僅完成其中一個模擬便動用了2000個超級計算機處理器，歷時大約8萬個“處理器小時”——相當於在你的私人電腦上不間斷運行一個程序9年以上。
聖地亞哥超級計算機中心的計算科學家崔毅鋒(音譯)表示：“研究人員需要在最大程度上運行他們的程序，所產生的數據規模增加到令人畏懼的程度。為了應對這些新的挑戰，我們幾年來便與地震科學家在程序最佳化和修改等問題上進行緊密合作。”在整個研究過程中，崔毅鋒做了大量改進，允許電腦模型“放大”並在類似這樣一個龐大的地區“捕獲”9級大地震。
齊心協力 應對挑戰
為了順利運行模擬程序，科學家必須在他們的模型中重建所有與大地震重要特征有關的組件。其中一個組件是有關地震次表層以及在地震波傳播過程中結構如何彎曲、反射、改變大小和方向的精確模型。據報道，研究論文聯合執筆人、美國地質調查局的威廉-斯蒂芬森與奧爾森以及德國烏爾姆大學的安德裡亞-格塞爾梅耶合作，共同創建了第一個有關整個地區(從英屬哥倫比亞一直延伸到北加利福尼亞州)次表層的統一“速度模型”。另一個組件便是一個有關震源(北美板塊之下的川德佛卡板塊移動之處)的模型。利用2004年印尼蘇門答腊-安達曼大地震相關數據的測量結果，科學家創建了一個與太平洋西北部大地震類似的震源模型。
在此項研究中，打造一個純粹“物理大斜的危險區也同樣是一項不小的挑戰。科學家的虛擬模型中包含了一個巨大的土制板層——長650英裡，寬340英裡，厚30英裡，總體積超過700萬立方英裡。在一台網格空間達到250米的計算機幫助下，他們將這個“大塊頭”劃分為大約20億個小立方體。如此網格尺寸允許模擬地震的最大頻率達到0.5赫茲，這一頻率尤其對高層建築產生破壞性影響。
奧爾森說：“創建模擬地震模型的其中一個作用就是讓我們對不同地震進行各種假定，研究它們可能對地面移動產生什麼影響。”由於在一次大地震或者幾次小地震發生時釋放的積聚壓力或者“滑動不足”，科學家需要對不同規模的地震作出假定。他說：“我們發現，9級地震假定產生的地面移動速度最快時可達到相對較小的8.5級地震的5到10倍。”眼下，研究人員正打算創建其它模擬過程，依據震源、斷層破裂延伸方向以及其它可變因素研究板塊撞擊範圍。