[S-TT41] ハイパフォーマンスコンピューティングが拓く固体地球科学の未来

[STT41-04] 富岳を用いた大規模地震動計算に向けたVerification－地形と盆地を伴う構造でのベンチマークテスト－

*小林 広明¹、渡辺 哲史¹、笠松 健太郎¹、加藤 研一¹、縣 亮一郎²、堀 高峰² (1.小堀鐸二研究所、2.海洋研究開発機構)

キーワード：地震動シミュレーション、有限要素法、有限差分法、ベンチマークテスト

2021年3月に本格運用が開始されたスーパーコンピュータ「富岳」を用いた成果を早期に創出することを目的として、文部科学省は「富岳」成果創出加速プログラムを設置した。そのうちの課題の一つである「大規模数値シミュレーションによる地震発生から地震動・地盤増幅評価までの統合的予測システムの構築とその社会実装」では、大規模有限要素法であるE-wave FEM (Ichimura et al., 2009, 2014, 2015)を海溝型巨大地震の被害想定のための長周期地震動計算への適用を目指している。
複雑な地盤の3次元構造を考慮に入れた地震動計算は、固有周期の長い超高層や免震構造物への設計用の入力用地震動の評価を行う際にも有用である。現在、そうした評価においては、その簡便さから有限差分法（FDM）が多くの場合用いられている。一方、FEMは層境界の形状を正確にモデル化できるといった長所があるが、計算コストが高く、メッシュ生成に時間がかかるためにあまり用いられていなかった。しかし、計算機の高速化に加え、大規模高速計算のアルゴリズムやロバストなメッシュの自動生成ツールの開発（Ichimura et al., 2009, 2014, 2015）によってその短所も補われつつあり、実務においてのFEMの活用が期待される。
そこで我々は、E-wave FEMと従来から実務に用いているFDMとのVerificationを進めている。これまで、比較的単純な地形を伴う構造や盆地を伴う構造でのベンチマークテストを行ってきた（小林・他、2021a、AIJ大会; 2021b、JAEE大会）。ここでは、Figure. 1に示すような地形と盆地を伴う構造を設定しベンチマークテストを実施したので報告する。まず、各層の物性値から一般的なメッシュサイズ／格子間隔を設定して計算を行った。2手法の結果を比較したところ、両者は概ね一致したが、細かな差異が見られた。そのため、その差異の要因を検討するため、無減衰とした場合や格子間隔を変更した場合等の詳細検討を実施した。モデルの詳細や詳細検討結果は発表の際に報告する。

謝辞：本研究は、文部科学省「富岳」成果創出加速プログラム「大規模数値シミュレーションによる地震発生から地震動・地盤増幅評価までの統合的予測システムの構築とその社会実装」（課題ID：hp200126、hp210171）の一環として実施されたものです。本解析結果は、東京大学地震研究所が開発中のコードを富岳プロジェクトにおいて提供していただき、JAMSTECが独自に改変・運用し得られたものです。コードの提供について、ここに記して謝意を表します。また、本研究の一部（FEMによる地震動計算）は、東京大学情報基盤センターと筑波大学計算科学研究センターが共同運営する、最先端共同HPC基盤施設のスーパーコンピュータOakforest-PACSの計算資源の提供を受け、実施しました。FDMによる地震動計算には、JAMSTECの地球シミュレータを使用しました。