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2016年01月28日
基于超级计算机与高分辨率海啸模型的实时洪峰分析技术
提高海啸预警精度与城市面对灾难的恢复能力
国立大学法人东北大学(所在地:日本宫城县仙台市,校长:里见进,以下简称东北大学)与株式会社富士通研究所(所在地:日本神奈川县川崎市,社长:佐相秀幸,以下简称富士通研究所),基于东北大学现有的海啸仿真模型TUNAMI-N2(注1)(已在国际上广泛使用),合作开发了可运行于超级计算机的高分辨率海啸模型。在本次合作研究中,东北大学灾害科学国际研究所(所长:今村文彦)针对高分辨率计算进行模型配置,富士通研究所成功研发了高效并行化的方法。
2011年东日本大地震后,为提高海啸灾害的防灾减灾能力,日本近海内加强了海啸监测网的配置,监测网采取大范围、高密度的形式。另外,为使监测数据得到充分利用,研究人员也在积极研究开发更精细的实时海啸预警分析方法。
海啸灾害来临时,气象局会发布海啸到达沿岸的时间与海啸浪高,除此之外,实时提供洪峰预测信息在防灾对策中也十分重要。东北大学与富士通研究所以此为目标,从2014年开始进行合作研究。海啸的洪峰仿真模拟现被广泛使用,以洪灾预测图为代表,它已成为防灾活动中的一项重要工具。但是该模拟仿真需要用非线性方程进行解答,计算量大,十分耗时,因此一般无法实现实时分析。
文部科学省正在推动HPCI战略项目第3领域“地球灾害的防灾减灾预测”(注2)的相关研究,在其研究课题“关于提高海啸预警精度的研究”(课题负责人:今村文彦,课题编号:hp140222)中,利用此次开发的并行海啸模型,充分利用超级计算机“京”(注3)的计算能力进行高效并行计算,并对洪峰实时分析的可能性做出了验证。
此次以东日本大地震的海啸作为对象进行验证,试验小组从当时的监测数据推测出海啸波源,使用该波源模型进行洪峰仿真模拟试验。此次验证为了重现海啸洪峰的动态细节,试验小组使用了高分辨率的地形数据,将仙台市南北约10公里的临海区域用5米的分辨率建模。
仙台市的洪峰预警模拟仿真本需要2小时,该试验结果显示只需要2分钟即可完成。在工作站上进行相同的计算则需要数天时间。即使包括从数据监测到海啸波源分析,最短也只需约10分钟的时间就可提供洪峰预警信息。东日本大地震中海啸实际到达仙台市的时间为地震后1小时,与其相比时间短了许多。
另外,此次基于高分辨率分析,试验小组重现了东日本大地震海啸时的实际场景。例如仙台东部道路堤坝阻拦海啸的场景,海啸从道路下方的通道穿过的场景等。通过高分辨率实时分析,提前告知人们灾害的具体情形,可望实现更有效的避难措施。例如,图1显示了海啸的预计到达时间,图2显示了基于统计信息某特定区域内房屋倒塌的概率。图1图2的预测均由此次开发的海啸模型提供。
图1 推测的海啸到达时间
图2 推测的房屋倒塌概率
东北大学和富士通研究所,设想将该技术用于可能发生的震源范围更广的南海海沟大地震,并继续验证其有效性。在此基础上,通过对特定区域进行精细的海啸预测,提高地方政府或沿海地区企业的海啸防灾能力。