We present a highly scalable 3D fully-coupled Earth & ocean model of earthquake rupture and tsunami generation and perform the first fully coupled simulation of an actual earthquake-tsunami event and a 3D benchmark problem of tsunami generation by a mega-thrust dynamic earthquake rupture. Multi-petascale simulations, with excellent performance demonstrated on three different platforms, allow high-resolution forward modeling. Our largest mesh has $\approx$261 billion degrees of freedom, resolving at least 15 Hz of the acoustic wave field. We self-consistently model seismic, acoustic and surface gravity wave propagation in elastic (Earth) and acoustic (ocean) materials sourced by physics-based non-linear earthquake dynamic rupture, thereby gaining insight into the tsunami generation process without relying on approximations that have previously been applied to permit solution of this challenging problem. Complicated geometries, including high-resolution bathymetry, coastlines and segmented earthquake faults are discretized by adaptive unstructured tetrahedral meshes. This leads inevitably to large differences in element sizes and wave speeds which can be mitigated by ADER local time-stepping and a Discontinuous Galerkin discretisation yielding high-order accuracy in time and space.


翻译:我们展示了高度可伸缩的3D地震断裂和海啸生成三维完全相联的地球和海洋模型,并首次对实际地震海啸事件进行完全结合的模拟,对地震海啸因巨型突袭动态地震破裂产生的三维基准问题进行3D基准问题进行模拟。多星级模拟,在三个不同的平台上展示了优异的性能,允许高分辨率向前建模。我们最大的网格拥有约2610亿度的自由度,至少解决了15赫兹的声波场。我们自我一致地模拟地震、声波和地表重力波在弹性(地球)和声波(海洋)材料中的传播,其来源于基于物理的非线性地震动态破裂,从而对海啸产生过程的深入了解,而无需依赖以前用来解决这一具有挑战性的问题的近光度。复杂的地貌,包括高分辨率测深、海岸线和断裂断裂断层的地震断层,通过适应性、无结构的四面模模制模模组化的模。这不可避免地导致元素大小和波浪波速速度的巨大差异,而这种差异化的大小和波速率性速度因ADDERSDER系统高时段的时段的时位稳定而降低。

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