Fast modelling of tsunami wave propagation using PC with hardware computer code acceleration

За счет применения микросхемы вентильной матрицы, программируемой пользователем (Field Programmable Gates Array – FPGA), достигается значительное ускорение расчета распространения волн цунами на современном обычном персональном компьютере. Для численной аппроксимации системы уравнений мелкой воды использовалась двухступенчатая схема Мак-Кормака. На базе проведенных численных тестов авторы описывают идею моделирования распространения волн цунами на базе ПК. Проведенное сравнение с известными аналитическими решениями и с эталонным кодом показывает хорошую точность разработанного программного приложения. Расчет одного часа распространения волны занимает меньше 1 минуты на сетке 3000 $\times$ 2500 узлов. Используя технологию вложенных сеток, можно перейти от расчетной сетки с шагом 300 м до сетки с шагом 10 м. При использовании предложенного Калькулятора, весь вычислительный процесс (для расчета распространение волны от очага до берега) занимает около 2 мин. Получено распределение максимальных высот волн цунами вдоль побережья южной части Японии. В частности, исследуется зависимость максимальных высот волн от конкретного местоположения источника цунами. Модельный источник размером 100 $\times$ 200 км имеет реалистичные параметры для этого географического региона. Результаты численных экспериментов показывают, что только на отдельных участках всей береговой линии наблюдаются опасные амплитуды волн цунами. Наличие аномально высоких волн цунами в некоторых из этих районов могут быть вызваны особенностями локальной батиметрии. Предлагаемое аппаратное ускорение вычисления распространения волны цунами может быть использовано для быстрой (скажем, за несколько минут) оценки опасности цунами для конкретного населенного пункта или промышленного объекта на побережье.