easyWave

easyWave-GPU berechnet die Ausbreitung von Tsunamiwellen in einem Bruchteil einer Minute auf GPU-gesteuerten Rechnern. So kann eine einzelne Simulation oder mehrere Simulationen mit unterschiedlicher Granularität, die mehrere Stunden der Tsunamiwellenausbreitung abdecken und auf die aktuelle Situation zugeschnitten sind, innerhalb von Sekunden berechnet werden. Da die Hauptunsicherheit bei der Tsunami-Frühwarnung auf die Unsicherheit der Quellparameter zurückzuführen ist, ermöglichen schnelle On-Demand-Berechnungen eine schnelle Neubewertung der Vorhersage im Falle einer Aktualisierung der Parameter.

Die ursprüngliche OpenMP-Version von easyWave wurde für die parallele Multi-GPU-Verarbeitung umgestaltet. Schließlich wurden verschiedene Optimierungstechniken zur weiteren Beschleunigung des Codes angewandt.

Zielgruppe

Das GPU-beschleunigte easyWave ist relevant für Anwendungen, die sich mit schneller Tsunami-Vorhersage wie Frühwarnung und probabilistischer Gefahrenanalyse beschäftigen. In diesem Zusammenhang ist die easyWave-GPU-Version zum Beispiel als Service in die TRIDEC-Cloud integriert.

Funktionen

Der easyWave-Algorithmus löst Flachwassergleichungen in langwelliger Näherung in Kugelkoordinaten mit explizitem Zeitschrittverfahren (Leap-Frog) auf einem gestaffelten Finite-Differenzen-Gitter. Die numerische Implementierung folgt dem bekannten TUNAMI-F1-Algorithmus. Die Randbedingungen gehen von einer vollständigen Reflexion an der Küstenlinie aus. Die typische Gitterauflösung für transozeanische Anwendungen beträgt 30 Bogensekunden bis 2 Bogenminuten. Da bei einer groben Gitterauflösung der Prozess des Wellenschwellens möglicherweise nicht aufgelöst werden kann, kann das Green'sche Gesetz optional angewendet werden, um die Spitzenamplituden von Küsten-Tsunamis aus den Wellenhöhen an küstennahen Positionen zu schätzen.

Programm-Output

easyWave erzeugt sowohl 1D- als auch 2D-Ausgaben. Wellenzeitreihen können an jedem beliebigen Ort oder Point of Interest (POI) in einem einfachen Texttabellenformat aufgezeichnet werden. Gefahrenrelevante Daten wie die geschätzte Ankunftszeit (ETA) und die geschätzte Wellenhöhe (EWH) werden ebenfalls bereitgestellt.

Zusätzlich werden 2D-Ausgaben von Wellenausbreitungsschnappschüssen in regelmäßigen Zeitintervallen als binäre GRD-Dateien (Golden Software Grid File Format) gespeichert.

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Martin Hammitzsch
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Steckbrief

Links:

GitLab

Lizenz:

EUPL (v1.1 or later)

Release:

tba

Programmiersprache:

C++

Keywords:

#tsunami wave propagation #tsunami forecasting #simulation #early warning #probabilistic hazard analysis

DOI:

keine Angabe

Hauptbeitragende Organisationen:

Helmholtz-Zentrum Potsdam GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum

Universität Potsdam

Finanzierung:

Keine Angabe