BASIN ODASI

Petaquake depremlerin oluşturduğu dalgaları izlemek için GPU’ları kullanıyor
Petaquake

Japonya’nın 2011 yılında yaşadığı trajedide görüldüğü gibi, depremler sismik faaliyet geçmişi olmayan bölgeleri bile hiçbir uyarı vermeden vurabiliyor. Depremlerin etkin bir şekilde incelenebilmesi için bilinen fay verileri, bölgesel risk, coğrafi yüzey ve beklenen kırılma tipi dahil olmak üzere çok sayıda faktörü dikkate alan inanılmaz derecede hassas simülasyonlar gerekmektedir. Bu veriler kullanılarak, farklı bölgelerin nasıl etkileneceği konusunda tahminler yapılabilir.

SORUN


Mevcut fizik tabanlı yer hareketi tahminleri, deprem kırılmaları dinamik modellerini kullanmaktadır. Bu modeller, yalnızca az ayıda yerde bulunan ve sayıları kısıtlı olan yüksek performanslı süper bilgisayarların sunabileceği çok büyük bellek ve işlem gücünü gerektirmektedir. Zürih Jeofizik Enstitüsü Sismoloji ve Jeodinamik Grubu üst düzey araştırmacı bilim adamı Lapo Boschi, “Depremlerin oluşturduğu titreşimin iletildiği araç çok karmaşık olduğu için bu tahminlerin yapılması zordur” dedi.

ÇÖZÜM


Petaquake projesi sismologlar (ETH Zürih) ve bilgisayar uzmanları/matematikçilerin (Basel Üniversitesi) birlikte yürüttüğü ve dünyanın iç kısmına dair görüntüleri iyileştirmek için yeni yöntemler geliştirmeyi hedefleyen bir ortak araştırma çalışmasıdır. Ana misyonları, gelecekteki depremler ile ilgili varsayımları azaltmak, uyarı ve önceden belirleme olanaklarını geliştirmektir.

Sismologlar, sayısal bir harita çıkararak ve her alandaki toprağın niteliğini tanımlayarak belirli bir bölgede yerkabuğunun üç boyutlu modelini oluşturabilirler ve bölgedeki her bir kesitin deprem sırasında nasıl sarsılacağını tam olarak hesaplayabilirler. Petaquake GPU’ların ultra yüksek işlem olanaklarını kullanarak dünyanın 3D iç yapısının haritasını çıkarmak üzere depremlerin oluşturduğu dalgaları izleyebiliyor.

Zürih Jeofizik Enstitüsü Sismoloji ve Jeodinamik Grubu üst düzey araştırmacı bilim adamı Tarje Nissen-Meyers, “Kavram tıpta kullanılan tomografi ile aynı, ancak biz elektromanyetik radyasyonlar (x-ışınları) yerine elastik radyasyonları (sismik dalgalar) kullanıyoruz” dedi. “Bir şehrin altında neler olduğunu bilmek, şehri inşa ederken gerekli önlemlerin alınması açısından önemlidir.” Bu bilgiler aynı zamanda hastaneler ve elektrik santralleri gibi yüksek riskli işletmeler için potansiyel tehlike oluşturan kesintiler ile ilgili erken uyarıların modellenmesine olanak verir.

SONUÇ


Deprem değerlendirmeleri için esas olan 3D jeolojik yapıların geliştirilmesi, büyük bilgisayarlarda yüzlerce milyon nokta için binlerce simülasyon yapılmasını gerektirmektedir. GPU’larda CPU’lara göre çok daha hızlı çalışan bu simülasyonlar, varsayıma dayalı depremlerin sonuçlarını tamamen istatistiksel bir şekilde değerlendirebilir. Depreme dair erken uyarı, en şiddetli hasarın gelen ilk deprem dalgasından değil artçı sarsıntılardan kaynaklandığı gerçeğinden yararlanmaktadır. Bu da, belirli coğrafi bölgelerin kendine özgü niteliklerinin çok daha iyi anlaşılmasını sağlayarak şehir belediyelerinin binaları güçlendirmek ve yüksek riskli işletmeler için potansiyel tehlikeleri belirleyerek önlem almak için uygun planlama yapmalarına olanak vermektedir.

GPU’lar üzerinde çalıştırılan Petaquake kodlarının büyük ölçekli hesaplamaları 10-40 kat hızlandırması beklenmektedir. Geçmişte, iki yılı aşan projeler lisans veya lisansüstü derece yapan öğrencilerin takip edemediği, finansal kaynak sürelerini aşabilen uzun bir süreydi. Ancak, eskiden iki yıl süren bir çalışma yüksek performanslı GPU’lar ile artık bir ayda tamamlanabilmektedir. Bu, hesaplamaya dayalı araştırmayı uygulanabilir ve uygun maliyetli kılmaktadır.

GPU’lar ayrıca bir sismik faaliyetin hemen ardından daha hızlı bir hasar değerlendirmesine olanak vermektedir. Nissen-Meyers sözlerine şöyle devam etti, “GPU’lar ile sarsıntıyı 5 saat yerine 15 dakikada değerlendirebiliyoruz. Deprem sonrasındaki saatler, hasarın boyutunu anlamak ve kurtarma ekiplerinin en iyi şekilde örgütlenmelerini sağlamak açısından kritik önem taşımaktadır.

Petaquake henüz gelecekteki depremleri öngörme olanağına sahip olmasa da, potansiyel depremlerin yer hareketi üzerindeki etkilerini değerlendirmek ve tehlike değerlendirmesi yapmak için gerçekçi sismik dalga iletimleri ile çalışabilmektedir. Petaquake ayrıca sismik hareketin belirli bir kıta üzerindeki genel etkisi üzerinde odaklanabilmektedir.

Şu anda, Afrika ve Avrasya plakaları arasındaki çarpışmanın hakim olduğu tektoniğin daha iyi anlaşılması ve İtalya ile Yunanistan’daki ana depremselliğin nedenini tanımlamak için Avrupa üzerinde çalışılmaktadır.