Nýta ofurtölvu til útreikninga á óútreiknanlegum aurskriðum | Háskóli Íslands Skip to main content
22. júlí 2020

Nýta ofurtölvu til útreikninga á óútreiknanlegum aurskriðum

Pedro Simoes Costa, nýdoktor við iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands, fékk nýverið styrk sem veitir honum aðgang að einni af hröðustu ofurtölvu heims. Tölvuna ætlar hann að nýta til að fá skýrari mynd af hegðun aurskriða í fjallendi sem eru vaxandi vandamál samhliða hlýnandi loftslagi.

Með aurskriðu (e. debris flow) er hér átt við blöndu af setlagi eða grjótmulningi og vatni sem æðir á ógnarhraða niður fjalllendi og getur valdið miklu tjóni á því sem fyrir verður. Aurskriður eru ólík snjóflóðum og berghlaupum að því leyti að þar blandast vatn og steinefni af einhverju tagi og myndar massa sem getur runnið nánast jafn hratt og vatn.

„Vegna þess hve þessar skriður eru hreyfanlegar í samanburði við aðrar hreyfingar á jarðmassa er sérstaklega aðkallandi að rannsaka þær betur. Þær virðast auk þess hafa orðið algengari og óútreiknanlegri en áður vegna loftslagsbreytinga. Það er mjög mikilvægt að átta sig betur á því hvernig þessar auknu skriður hegða sér og því réðumst við í þetta verkefni,“ segir Pedro. Hann bætir við að skriðurnar séu í senn óútreiknanlegar og margvíðar. Samspil setlags og vatns hafi áhrif á hegðunarmynstur skriðunnar þannig og öfugt. „Þetta getur komið af stað stórfenglengum og dramatískum atburðum þar sem set í massavís getur færst tugi kílómetra. Hér er því á ferðinni vandamál sem hefur lítið verið rannsakað og erfitt hefur verið að spá fyrr um hegðun þeirra með með mikilli vissu.“

Til þess að átta sig betur á þessu náttúrufyrirbrigði sóttu Pedro og samstarfsfólk um styrk til þess að fá aðgang að einni öflugustu ofurtölvu heims sem nefnist Juliot Curie og er staðsett í Frakklandi. Styrkurinn felst í svokölluðum kjarnaklukkustundum sem hægt er að nýta yfir ákveðinn tíma. „Ein kjarnaklukkustund samsvarar klukkustund af útreikningum í einni úrvinnslueiningu eða kjarna og við fengum alls styrk fyrir tuttugu milljónum kjarnaklukkutíma sem við höfum eitt ár til að nýta í ofurtölvunni Juliot-Curie,“ segir Pedro og skýrir betur þýðingu þess að fá aðgang að tölvunni: „Fartölvan mín er með fjóra kjarna og ef ég myndi reyna að framkvæma útreikningana í rannsókninni í henni tæki það mig um það bil 600 ár. Til að geta gert útreikningana á einu ári þurfum við að hafa útreikningagetu um það bil 600 fartölva sem starfa saman allan sólarhringinn, alla daga, án hvíldar. Í ofurtölvu, sem er með sanni gríðarstór vél, eru hundruð þúsunda kjarna sem gera þessa dýru útreikninga mögulega. Við erum ekki að tala um risafartölvu með skikkju með stóru S-i á en hún er ansi mögnuð!“

En hvernig skyldi ofurtölva nýtast í það gríðarflókna verkefni að varpa ljósi á það sem virðist óútreiknanlegt náttúrufyrirbrigði? Ímyndum okkur að við stöndum á árbakka og horfum á ána liðast niður eftir farveginum með tilheyrandi hvirfilstraumum og iðustreymi í vatninu. Vatnið flæðir með öðrum orðum áfram með hætti sem erfitt er að spá fyrir um. Slíkt iðustreymi (e. turbulence) hefur verið eitt af mikilvægustu óleystu ráðgátum klassískrar eðlisfræði. „Við höfum hins vegar um aldir þekkt jöfnur sem útskýra hreyfingu vökva en þær nefnast Navier-Stokes jöfnur og eru afar flóknar. Þegar við bætum svo við seti eða setlögum í ólgandi skriðu og samspili þeirra við vatnið verður vandamálið enn flóknara,“ segir Pedro.

Útreikningar geti orðið grundvöllur betri spálíkana fyrir aurskriður

Hér kemur ofurtölvan til sögunnar en þökk sé aukinni getu slíkra tölva og þróun innan stærðfræðinnar verður vandamálið viðráðanlegra. „Við skiptum í raun aurskriðunni niður í milljarða eða billjónir eininga og leysum, með aðstoð ofurtölvunnar Navier-Stokes, jöfnur fyrir hverja einingu til þess að geta spáð fyrir um hvernig skriðurnar þróast með tímanum. Þessi líkanagerð er mjög ítarleg og gefur okkur færi á að átta okkur á hraða vökvans og þrýstingi í kringum hvert kúlulaga set í skriðunni. Það má því eiginlega líkja þessu við að við létum minnka okkur þannig að við yrðum á stærð við sandkorn. Við myndum í framhaldinu hoppa inn í skriðuna og rannsaka hana,“ segir Pedro.

Hann undirstrikar að ákveðna þætti í aurskriðum, eins og samspil setkorna hvert við annað, sé nánast útilokað að rannsaka í smáatriðum en niðurstöður útreikninga ofurtölvunnar og líkanagerðin geti nýst í fræðilegum skilningi á slíkum skriðum. Um leið geti aukinn fræðilegur skilningur lagt grunninn að þróun betri spálíkana í verkfræði. „Rannsóknin miðar að því að auka grundvallarþekkingu á aurskriðum, sem mun gera rannsakendum kleift að þróa og bæta spálíkön fyrir slíkar skriður án þess að þurfa ofurtölvu. Þessar skriður gætu því miður orðið algengari í löndum eins og Íslandi þar sem aukin bráðnun íss og snjós skapar hættu á því að setlög og set í fjöllum fari af stað,” segir Pedro um þýðingu verkefnsins.

Pedro Simoes Costa, nýdoktor við iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild Háskóla Íslands, fékk nýverið styrk sem veitir honum aðgang að einni af hröðustu ofurtölvu heims.