Södra Kalifornien definierar coolt. De perfekta klimaterna i San Diego, glittret i Hollywood, magin i Disneyland. Geologin är ganska spektakulär, också.

"Södra Kalifornien är ett utmärkt naturligt laboratorium för att studera aktiva jordbävningsprocesser, "sa Tom Jordan, professor vid Institutionen för geovetenskap vid University of Southern California (USC). "Öknen låter dig observera felsystemet mycket snyggt."

Felsystemet som han syftar på är San Andreas, bland de mer kända felsystemen i världen. Med rötter djupt i Mexiko, det ärrar Kalifornien från Saltonhavet i söder till Cape Mendocino i norr, där det sedan tar ett västligt dyk in i Stilla havet.

Beläget som det är i hjärtat av San Andreas felsystem, Södra Kalifornien är en idealisk plats för att studera jordbävningar. Att det är hem för nästan 24 miljoner människor är en mer angelägen anledning att studera dem.

Jordan och ett team från Southern California Earthquake Center (SCEC) använder superdatorresurserna från Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), ett US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility, att avancera modellering för studier av jordbävningsrisk och hur man kan minska den.

Huvudkontor på USC, centrum är ett av de största samarbetena inom geovetenskap, engagerar över 70 forskningsinstitutioner och 1, 000 utredare från hela världen.

Teamet förlitar sig på ett sekel värde av data från instrumentella poster samt regionala och seismiska nationella faromodeller för att utveckla nya verktyg för att förstå jordbävningsrisker. Arbeta med ALCF, den har använt denna information för att förbättra sin jordbävningsbrottssimulator, RSQSim.

RSQ är en referens till hastighets- och tillståndsberoende friktion vid jordbävningar- en friktionslag som kan användas för att studera kärnbildningen, eller initiering, av jordbävningar. RSQSim modellerar både kärnbildnings- och bristningsprocesser för att förstå hur jordbävningar överför stress till andra fel.

ALCF -personal bidrog till att anpassa koden till Mira, ALCF:s 10-petaflop superdator, vilket möjliggör de större simuleringarna som krävs för att modellera jordbävningsbeteenden i mycket komplexa felsystem, som San Andreas, och som ledde till lagets största upptäckt.

SCEC, i samarbete med U.S. Geological Survey, hade redan utvecklat en empiriskt baserad modell som integrerar teori, geologisk information och geodetiska data, som GPS -förskjutningar, för att bestämma rumsliga samband mellan fel och glidhastigheter för de tektoniska plattorna som skapade dessa fel.

Även om det är mer traditionellt, en nyare version anses vara den bästa representationen av Kaliforniens jordbävningsbrott, men bilden den visar är fortfarande inte så korrekt som forskare skulle hoppas.

"Vi vet mycket om hur stora jordbävningar kan vara, hur ofta de förekommer och var de förekommer, men vi kan inte förutsäga dem exakt i tid, "konstaterar Jordan.

Teamet vände sig till Mira för att köra RSQSim för att avgöra om det kunde uppnå mer exakta resultat snabbare. En fysikbaserad kod, RSQSim producerar långsiktiga syntetiska jordbävningskataloger som innehåller datum, gånger, platser och storheter för förutsagda händelser.

Med hjälp av simulering, forskare lägger stor vikt vid en representation av ett felsystem, förändra stressen i stora delar av systemet och därmed förändra hur framtida jordbävningar inträffar. Att försöka modellera dessa kraftfulla stressmedierade interaktioner är särskilt svårt med komplexa system och fel som San Andreas.

"Vi låter bara systemet utvecklas och skapar jordbävningskataloger i hundra tusen eller en miljon år. Det är som att kasta ett sandkorn i en uppsättning kuggar för att se vad som händer, "förklarade Christine Goulet, en teammedlem och verkställande vetenskapsdirektör för särskilda projekt med SCEC.

Slutresultatet är en mer detaljerad bild av den möjliga risken, som förutspår en sekvens av jordbävningar av olika storlekar som förväntas inträffa på San Andreas -felet under ett givet tidsintervall.

Gruppen försökte kalibrera RSQSims många parametrar för att replikera modellen som designats av SCEC och U.S. Geological Survey. Men gruppen bestämde sig så småningom för att köra koden med sina standardparametrar. Medan den ursprungliga avsikten var att utvärdera storleken på skillnaderna mellan modellerna, de upptäckte, istället, att båda modellerna var mycket överens om deras prognoser för framtida seismologisk aktivitet.

"Så det var ett aha -ögonblick. Eureka, "återkallade Goulet." Resultaten var en överraskning eftersom gruppen hade tänkt noga på att optimera parametrarna. Beslutet att inte ändra dem från sina standardvärden gav mycket fina resultat. "

Forskarna noterade att den ömsesidiga valideringen av de två tillvägagångssätten kan visa sig extremt produktiv vid ytterligare bedömning av seismiska riskuppskattningar och deras osäkerheter.

Information som härrör från simuleringarna hjälper teamet att beräkna de starka markrörelserna som genereras av fel som uppstår på ytan - den karakteristiska skakningen som är synonym med jordbävningar. Att göra detta, laget parar jordbävningsbrottprognoserna, SCEC-U.S. Geologisk undersökningskod och RSQSim, med olika modeller som representerar hur vågor sprider sig genom systemet. Dessa modeller innefattar standardekvationer, kallade markrörelseprognosekvationer, används av ingenjörer för att beräkna skakningsnivåerna från jordbävningar av olika storlekar och platser.

"Dessa experiment visar att den fysikbaserade modellen RSQSim kan replikera de seismiska riskuppskattningarna som härrör från den empiriska modellen, men med mycket färre statistiska antaganden, "noterade Jordanien." Avtalet ger oss mer förtroende för att de seismiska faromodellerna för Kalifornien överensstämmer med vad vi vet om jordbävningsfysik. Vi kan nu börja använda denna fysik för att förbättra faromodellerna. "