大好时机,超级计算机升级成功预测火山爆发

2017 年秋天,地质学教授 Patricia Gregg 和她的团队刚刚在 Blue Waters 和 iForge 超级计算机上建立了一个新的火山预测建模程序。 与此同时,另一个团队正在监测厄瓜多尔加拉帕戈斯群岛塞拉内格拉火山的活动。 厄瓜多尔项目的一位科学家,科尔盖特大学的丹尼斯盖斯特联系了格雷格,接下来发生的事情是 2018 年 6 月塞拉内格拉火山喷发发生前五个月的偶然预测。

这种新的建模方法最初是在 iMac 计算机上开发的,它成功地再现了 2008 年阿拉斯加奥克莫克火山的意外喷发,已经引起了人们的关注。Gregg 的团队,来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和国家超级计算应用中心,想要为了测试该模型的新高性能计算升级,Geist 的 Sierra Negra 观测显示了即将爆发的迹象。

“Sierra Negra 是一座表现良好的火山,”成功努力的新报告的主要作者格雷格说。 “这意味着,在过去喷发之前,这座火山已经显示出我们预期会看到的所有喷发迹象,例如地面膨胀、气体释放和地震活动增加。这一特征使 Sierra Negra 成为我们升级模型的一个很好的测试案例。”

然而,研究人员说,许多火山并不遵循这些明确的模式。 预测火山爆发是火山学中的一项重大挑战,而开发定量模型来帮助解决这些更棘手的情况是 Gregg 和她的团队工作的重点。

在 2017-18 年的寒假期间,Gregg 和她的同事通过新的超级计算模型运行了 Sierra Negra 数据。 他们于 2018 年 1 月完成了运行,尽管它旨在作为测试,但它最终为了解 Sierra Negra 的喷发周期和评估未来喷发的潜力和时间提供了一个框架——但还没有人意识到这一点。

“我们的模型预测,包含 Sierra Negra 岩浆房的岩石的强度将在 6 月 25 日至 7 月 5 日之间的某个时候变得非常不稳定,并可能导致机械故障和随后的喷发,”同时也是 NCSA 教员的格雷格说. “我们在 2018 年 3 月的一次科学会议上提出了这个结论。在那之后,我们忙于其他工作,没有再看我们的模型,直到丹尼斯在 6 月 26 日给我发短信,要求我确认我们预测的日期。Sierra Negra “在我们最早预测的机械故障日期后一天爆发。我们被吓倒了。”

研究人员表示,尽管它代表了一种理想的情况,但该研究显示了将高性能超级计算融入实际研究的力量。 “这种升级模型的优势在于它能够不断吸收多学科的实时数据并快速处理它,以提供类似于天气预报的每日预报,”前伊利诺伊州研究生、该研究的合著者 Yan Zhan 说。学习。 “这需要火山预报界以前无法获得的大量计算能力。”

将活动部件安装到位以生成具有这种强度的建模程序需要高度多学科的方法,而 Gregg 的团队在与 NCSA 合作之前无法使用这种方法。

“在预测机械故障所需的数值多物理场分析和高性能计算方面,我们都说同一种语言——在这种情况下是火山岩浆房,”NCSA 的技术助理主任 Seid Koric 说,一项研究机械科学与工程教授,该研究的合著者。

凭借 Koric 的专业知识,该团队表示,他们希望将人工智能和机器学习纳入预测模型,以帮助使用标准笔记本电脑和台式电脑工作的研究人员使用这种计算能力。

研究结果发表在《科学进展》杂志上。

Geist 是美国国家科学基金会的项目主任,也是科尔盖特大学的地质学教授。 迈阿密大学的 Falk Amelung; 厄瓜多尔 Geofísico Escuela Politecnica Nacional 学院的 Patricia Mothes; 加州理工学院的张云军也为这项研究做出了贡献。

美国国家科学基金会、NASA 和 NCSA 支持这项研究。

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故事来源:

材料 由…提供 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校新闻局. 由 Lois Yoksoulian 原创。 注意:内容可能会根据样式和长度进行编辑。

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