并行计算LURR地震预测

文摘

LURR理论地震预测的新方法,取得了良好的结果在中国大陆和一些地区在美国,日本和澳大利亚。然而,预测区域的扩张导致了精致的经度和纬度和时间的增加。这需要越来越多的计算和数据量达到GB的顺序,这对一个CPU将是非常困难的。本文采用域分解并使用MPI并行的技术,我们开发了一个新的并行tempospatial扫描程序。

1。介绍

式装卸响应比(LURR)方法,它是阴(教授发明的1在地震预测方面取得了成功的结果,在中国大陆其他地区以及一些在美国,日本和澳大利亚(2- - - - - -4]。

从固体力学本构关系(应力-应变曲线)是一个综合的描述任何材料的力学行为。一个典型的应力-应变曲线焦点媒体(岩石)如图1。更多的普遍性,在图1纵坐标表示一般的负载而不是压力横坐标是一般的反应加载而不是压力。如果负载作用于材料单调增加,材料会经历弹性的政权,伤害和失败或不稳定。弹性政权的最重要的特征是它的可逆性;也就是说,积极的过程,相反过程是可逆的。换句话说,加载模量和卸载一个是相等的。与弹性制度,损害制度的特点是不可逆过程。因此加载响应不同于卸货,或加载模量不同于卸货。这种差异表明材料的恶化由于损伤(阴et al。5,6])。根据这种差异LURR定义。和分别系统的负载和响应;如果有一个小变化导致一个小变化的,然后我们可以定义作为 这是所谓的响应率,LURR被定义为 在哪里和在加载和卸载响应率。如图1,当系统处于稳定或线性状态,然后。当系统之外的线性状态,和。因此,可以用来作为标准来判断系统的稳定度。

在LURR理论中,由地震能量直接定义如下:,在那里表示地震能量,可以根据Gutenberg-Richter公式计算,符号“+”意味着加载和卸载“−”,1/3或1/2或2/3或1。当,正是能源本身;,表示贝尼奥夫应变;2/3,代表了线性尺度和区域尺度的焦点区,分别;,等于,在那里和表示数量的地震发生在装卸时间,分别为(2]。因为地震的准备和发生过程控制不仅由确定性动力法也受到随机或障碍因素的影响,壮族和阴7]研究随机因素的影响在LURR为了判断高值可以被视为一种地震前兆在指定的信心水平。他们给LURR的临界值这取决于地震的数量在不同的指定的信心水平。例如,在90%的置信水平,等于3.18如果地震在时间和空间窗口的数量是20,这意味着应该等于或大于3.18地震的数量是20。的置信水平为99%,7.69如果地震的数量在特定的时间和空间窗口是20。大地震是较低的(关键LURR)。

在这篇文章中,我们给LURR的临界区而不是在99%的置信水平。

预测地区的扩张,细化的经度和纬度和时间的增加,计算上覆岩层会非常高,和体积的数据达到GB的顺序,将单个CPU很难处理。本文介绍了一种新的方法来解决这个问题。采用域分解并使用MPI并行的技术,我们开发了一个新的并行tempo-spatial扫描程序基于阴的以前的工作。

2。算法公式

在以前的工作8),我们分析了算法,LURR tempospatial扫描程序的优化。计算位置和中心之间的距离需要最长的时间在整个过程。这个距离是两个点的距离在球面大圆。下面的公式可用于计算距离的过程: 在哪里是地球的半径,和是震中的经度和纬度,然后呢和分别指定位置的经度和纬度。经纬度转换从价值角度弧度值。我们发现正弦和余弦的经度或纬度分配的震中位置和相互之间是独立的。因此,这些可以提前计算三角函数。

另一个指定位置的计算耗时操作的装载或卸载响应地震区域。使用下面的方程 在哪里里克特震级范围。必须为每个位置计算一次地震空间区域。在目前的程序,相关LURR只是里克特震级规模,即LURR地震是一个常数,只需要计算一次。

3所示。并行计算

基于MPI消息传递接口)库,我们并行计算的时间和空间LURR扫描。实际的空间区域划分为小的空间区域,每一个都是由一个处理器计算。有许多不同的方法来分区的实际空间区域,如块分布,环状分布,block-cyclic分布。

3.1。域分解方法

在域分解方法中,macrotasking方案使用,它将空间范围划分为小区域。考虑到数据独立性和并行性,任何两个相邻区域不重叠,边界上的交流也减少了。

3.2。数据简化

每一步的经度和纬度数据扫描计算记录,和大量的数据需要高频的存储,这将花费大量的沟通时间处理数据减少。为了解决这个问题,许多临时文件打开每个处理器分别记录数据。一旦完成所有进程,然后输出文档是由一个主处理器。

4所示。性能测试

7000年平台DeepComp集群,我们已经测试了中国大陆的LURR时间从1月1日,1990年12月31日,2004年,空间精度扫描是0.01度。这个程序如图的加速2和并行效率如图3。从结果我们可以看到,并行效率接近100%当处理器的数量小于32。虽然沟通成本的并行效率降低,因为当处理器的数量上升至64人,这是一个常见的问题几乎所有的并行程序,加速和并行效率仍很高。

5。结论

与超级计算机的能力,我们可以做数值模拟实际情况的地震准备,牛鞭效应,并从微观级联现象,小,中,大,特别是大地震事件;找到大的破坏性地震的形成过程和机理;进一步提高精度的时间、空间和强度的地震预测通过与多维时空扫描的中国大陆,多参数,multiepoch。由于地震预测需要一个有效时间计算,应该在短时间内完成计算。此外,这个项目需要较少的计算能力,使它更少依赖于高性能计算机和降低运行成本。

确认

这项研究是由中国国家基础研究计划(2010 cb832702 2011 cb309702)和中国国家自然科学基金(10972215)。

引用

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