作者艾伦·杜布罗，德克萨斯大学奥斯汀分校 南加州地震中心使用新的地震建模框架从合成地震目录中获得的一个特别复杂的多断层破裂的三维视图
学分:凯文·米尔纳，南加州大学 幸运的是，大地震是罕见的事件
但是这种信息的稀缺性在某些方面让我们看不到它们的风险，尤其是在确定特定位置或结构的风险时
“我们还没有观察到大多数可能造成巨大破坏的事件，”计算机科学家、南加州大学SCEC地震中心地震学研究员凯文·米尔纳解释道
“以南加州为例，自1857年以来，我们还没有发生过真正的大地震——那是圣安地列斯南部最后一次爆发7级大地震
9级地震
圣安地列斯地震可能比1994年北岭地震影响更大的区域，其他大地震也可能发生
这就是我们担心的
" 避开这种数据匮乏的传统方法包括挖掘沟渠，以了解更多关于过去断裂的信息，整理来自世界各地许多地震的信息，并创建一个危险的统计模型，或者使用超级计算机以高度的保真度模拟特定地方的特定地震
然而，由一组与SCEC有关的研究人员在过去十年中开发的一个预测整个地区地震可能性和影响的新框架，找到了一个中间点，或许是确定风险的更好方法
由哥伦比亚大学的米尔纳和布鲁斯·肖领导的一项新研究发表在2021年1月的《美国地震学会公报》上，该研究展示了一个原型速率状态地震模拟器的结果，该模拟器模拟了加利福尼亚几十万年的地震历史
再加上另一个代码CyberShake，该框架可以计算每次地震发生的震动量
他们的结果与历史地震和其他方法的结果相比较，显示了地震概率的真实分布
据开发商称，这种新方法提高了在给定位置精确定位地震发生程度的能力，使建筑规范开发商、建筑师和结构工程师能够设计出更具弹性的建筑，在特定地点的地震中幸存下来
米尔纳说:“这是第一次，我们从头到尾都有一条完整的管道，地震发生和地面运动模拟都是基于物理的。”
“它可以模拟一个非常复杂的断层系统长达10万年的时间
" 在Frontera上创建的加利福尼亚基于物理学的模拟地震目录中随机选择的3000年片段
[学分:凯文·米尔纳，南加州大学] 将巨大的计算机能力应用于大问题 RSQSim将地震中起作用的地球物理力的数学表示——破裂如何成核和传播的标准模型——转换成算法，然后在地球上一些最强大的超级计算机上求解
计算密集型研究是由德克萨斯州高级计算中心的政府资助的超级计算机支持的，包括弗龙特拉——世界上任何大学中最强大的系统——国家超级计算应用中心的蓝水域，以及橡树岭领导计算设施的峰会
米尔纳说:“我们能够更好地预测风险的一种方法是通过基于物理的建模，利用Frontera等系统的能力来运行模拟。”
“我们模拟地震的发生和地震波的传播，而不是经验统计分布
" SCEC大学应用科学执行主任克里斯汀·古莱特也参与了这项工作，她说:“我们在确定哪种类型的地震、哪种断层以及多长时间发生一次方面取得了很大进展。”
“我们没有规定或告诉代码地震什么时候会发生
我们启动一个几十万年的模拟，让代码把压力从一个断层转移到另一个断层
" 模拟从加利福尼亚的地质地形开始，模拟了超过800，000个虚拟年，当构造力作用在地球上时，应力是如何形成和消散的
从这些模拟中，该框架生成了一个目录——一个记录，表明在某个时间某个地点发生了具有特定震级和属性的地震
古利特说，SCEC团队在Frontera和Blue Waters上制作的目录是有史以来最大的目录
遥感卫星的输出随后被输入到“网络地震”系统，该系统再次使用地球物理学的计算机模型来预测每次地震会导致多少震动(根据地面加速度、速度和持续时间)
米尔纳解释说:“这个框架输出了一个完整的滑动时间历史:断裂发生在哪里以及它是如何发展的。”
“我们发现它产生了真实的地面运动，这告诉我们，在模型中实现的物理学正在按预期工作
“他们计划对结果进行更多的验证工作，这在设计应用验收之前至关重要
研究人员发现，RSQSim框架总体上产生丰富的可变地震——这是它产生合理结果的一个迹象——同时也产生可重复的震源和路径效应
在Frontera上创建的加利福尼亚基于物理学的模拟地震目录中随机选择的3000年片段
学分:凯文·米尔纳，南加州大学 米尔纳说:“相对于实践状态的估计，许多网站的震动风险降低了。”
“但是对于一些附近有特殊构造的断层或局部地质特征的地点，比如圣贝纳迪诺附近，危险就增加了
我们正在努力更好地理解这些结果，并确定验证它们的方法
" 这项工作有助于确定加州数百个产生地震的断层中任何一个发生地震的概率，预计地震的规模，以及它可能如何引发其他地震
对该项目的支持来自美国
S
地质调查局、国家科学基金会和西方
M
凯克基金会
Frontera是国家科学基金会的领导级国家资源
弗龙特拉的计算时间是通过大规模社区合作(LSCP)奖提供给SCEC的
S
学者们使用这台机器来研究地震科学的许多方面
LSCP奖提供长达三年的延长拨款，以支持长期的研究工作
SCEC公司成立于1991年，已经在TACC系统上运行了十多年，是这方面努力的一个主要例子
目录的创建需要在Frontera上进行八天的连续计算，并且并行使用了3500多个处理器
在世界第二快的超级计算机Summit上模拟加州10个地点的地面震动需要相当数量的计算
米尔纳说:“可以理解的是，被更广泛的社区采用的速度会很慢。”
“因为这样的结果会影响安全性，所以我们尽职调查的一部分是确保这些结果在技术上能够被更广泛的社区所接受，”古莱特补充道
但是像这样的研究结果是重要的，以便超越一般的建筑规范，在某些情况下，这些规范可能不足以代表一个地区面临的风险，而在其他情况下则过于保守
米尔纳说:“希望这些类型的模型将帮助我们更好地描述地震灾害的特征，所以我们正在花费我们的资源在最需要的地方建造坚固、安全、有弹性的建筑。”
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