清华教授领衔的研究团队首次精确模拟唐山大地震

2017年11月20日讯，日前，在美国丹佛举行的全球超级计算大会上，由清华大学地球系统科学系副教授付昊桓等领导的团队所完成的“非线性地震模拟”，获得国际高性能计算应用领域最高奖“戈登·贝尔”奖，他们利用国产“神威·太湖之光”超级计算机研发软件平台，首次实现了对唐山大地震的高分辨率精确模拟，模拟空间分辨率高达8米，这对未来的地震预防预测具有重要意义。

一个破碎钟表的雕塑，指针停留在凌晨3时42分53.8秒，灾难发生的时刻。

在今天上午举行的成果发布会上，付昊桓告诉记者，地震会产生巨大的影响和破坏作用。我国有23条地震带，7度以上高烈度地区约占国土面积的50%。即使在科技高度发达的今天，预测地震的手段仍非常有限，全世界科学家们都在努力研究和模拟地震，因为精确模拟大地震不仅能为地震之后预防和控制次生灾害发挥关键作用，而且通过模拟重现地震过程，探索地震传播规律，将模拟结果与其它技术相结合，可以在地震高发区对各项基础设施进行合理规划设计，以防患于未然。

付昊桓说，他们研究地震波已经很多年，对唐山大地震的模拟则开始于去年底。团队集结了清华大学、国家超级计算无锡中心、山东大学、南方科技大学等多个单位的精兵强将。团队将地震发生时的唐山地区划出一个320公里乘以312公里、深40公里的研究区域，按照20米分辨率、10赫兹频率划分出5000多亿个格点，需要占据150TB的计算机空间。“这是一个非常庞大的运算数据，幸好我们有‘神威·太湖之光’超级计算机。”付昊桓说，这台我国自主研发的计算机安装在国家超级计算无锡中心，由清华计算机系杨广文教授及团队负责运营，它拥有最高每秒12.5亿亿次的计算能力。超级计算能力，加上团队对于软件系统的完美优化，“神威·太湖之光”在模拟唐山大地震时只动用了不到15%的“功力”。

最终，团队首次实现对唐山大地震发生的高精度模拟。他们的模拟精度远超预期设定，达到8米分辨率、18赫兹频率，“每8米一个格点，高精度反映不同位置地震波对于地面建筑、人类生活的影响；频率超过10赫兹，地震波模型就能和建筑模型进行匹配，18赫兹的模拟效果意味着可以很好地指导建筑防震设计。”付昊桓介绍，未来他们还计划利用超级计算机模拟汶川大地震。

利用超级计算机精确模拟大地震，在付昊桓看来不仅意味着“事后模拟”，还可以反向推演，判断地震发生时地层发生的变化，这对于预测地震无疑有重要意义。杨广文教授也表示这一成果将有助于对一些地震带的分析更加精细化，提高预测能力。

据了解，高性能计算应用领域最高奖“戈登·贝尔”奖设立于1987年，由美国计算机协会于每年11月在美国召开的超算领域国际会议上颁发，旨在奖励时代前沿的并行计算研究成果，特别是高性能计算创新应用的杰出成就，被誉为“超级计算应用领域的诺贝尔奖”。