Raport z praktyki
Transkrypt
Raport z praktyki
Piotr Klejment Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej III rok specjalizacja: materiały i nanostruktury Raport z praktyki studenckiej 25.06.2012 – 25.07.2012 Informacje o Instytucie Geofizyki Polskiej Akademii Nauk Praktykę odbywałem w Instytucie Geofizyki Polskiej Akademii Nauk (IGF PAN), w Zakładzie Sejsmologii i Fizyki Wnętrza Ziemi pod kierownictwem Zastępcy Dyrektora ds. Naukowych dr hab. Wojciecha Dębskiego, prof. PAN. Instytut Geofizyki jest placówką naukową reprezentującą główny nurt polskich badań podstawowych w zakresie fizyki Ziemi. IGF PAN jest wyłączną instytucją w kraju, prowadzącą monitoring globalnych pól geofizycznych zakresie sejsmologii, geomagnetyzmu i wybranych elementów dotyczących fizyki atmosfery. Obecnie w Instytucie uprawiane są następujące dyscypliny naukowe: - sejsmologia - geomagnetyzm - fizyka wnętrza Ziemi - fizyka atmosfery - hydrologia - badania polarne Instytut mieści się przy ulicy Księcia Janusza 64, 01-452 Warszawa, tel. 22 6915950 Zadania wykonywane w czasie praktyki Moim głównym zadaniem w czasie praktyki była adaptacja algorytmu Fast Sweeping 2 Method do rozwiązywania równania eikonalnego (∇T ) = f r dla nieregularnych sieci w trzech wymiarach. Fast Sweeping Method to nowoczesny algorytm rozwiązywania równania eikonalnego opisującego propagację fal sejsmicznych w złożonych, niejednorodnych ośrodkach geologicznych do potrzeb dokładnej lokalizacji wstrząsów sejsmicznych. Został on opracowany przez Yong-Tao Zhanga, Hong-Kai Zhao oraz Jianliang Qiana i zastosowany po raz pierwszy do obliczenia funkcji odległości. Fast Sweeping Method to metoda iteracyjna, która przy każdym wykonaniu rozwiązuje jedno równanie eikonalne. () Algorytm metody składa się z kilku etapów: - dyskretyzacja przy pomocy schematu Godunova noszącego nazwę „upwind difference”: służy on do dyskretyzacji częściowego równania różnicowego w wewnętrznym węźle sieci - inicjalizacja: wprowadzenie warunków granicznych - zastosowanie metody iteracyjnej Gaussa-Seidla z „alternating sweeping orderings”: w każdym punkcie sieci, którego wartość nie została ustalona w czasie inicjalizacji, zostaje wyliczone rozwiązanie Moim zadaniem było takie zmodyfikowanie metody, aby uwzględnić możliwość wykonywania obliczeń dla niejednorodnych siatek dyskretyzujących oraz anizotropię prędkości fal sejsmicznych (w warunkach rzeczywistych np. w kopalni miedzi Rudna, anizotropia osiąga rząd kilkunastu procent). W tym celu najpierw musiałem wykonać obliczenia teoretycznych tak, aby zastosować Fast Sweeping Method dla siatki dwuwymiarowej i trójwymiarowej o dyskretyzacjach jednorodnej i niejednorodnej (wykonane obliczenia, a także materiały naukowe z których korzystałem w ramach przygotowania teoretycznego, znajdują się w załączniku na płycie CD). Po wykonaniu tego zadania mogłem przystąpić do implementacji stworzonego algorytmu do programu komputerowego w języku C. Ponieważ testy wykazały, że wykonana przeze mnie modyfikacja dobrze opisuje propagację fal sejsmicznych w złożonych, niejednorodnych ośrodkach geologicznych, więc efekty mojej pracy zostały wykorzystane w prezentacji „Probabilistic Seismic Event Location using Time-reversal and Front Propagation Methods” przedstawionej w Moskwie na prestiżowej, międzynarodowej konferencji European Seismological Commission (19-24 sierpnia 2012), a ja zostałem dopisany jako jeden ze współautorów (prezentacja znajduje się w załączniku na płycie CD). Prace nad modyfikacją algorytmu Fast Sweeping Method były moim głównym zadaniem w czasie praktyki. Oprócz tego: - zapoznałem się z pracą w Instytucie Geofizyki oraz podległych mu placówkach badawczych (obserwatoriach sejsmologicznych, fizyki atmosfery, magnetyzmu ziemskiego położonymi w Polsce i na świecie) i wykonywanymi tam zadaniami naukowymi - brałem udział w rutynowej analizie danych sejsmicznych w oparciu o stację sejsmiczną HSPB, pracującą w Stacji Polarnej w Hornsundzie (Svalbard) - poznałem technikę rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych na skalach czasowych (ang. time scales) i jej zastosowanie w geofizyce - uzyskałem informacje o narzędziach informatycznych stosowanych w geofizyce, jak Generic Mapping Tools - GMT (program do tworzenia specjalistycznych map i wykresów), czy AWK (interpretowany język programowania, którego główną funkcją jest wyszukiwanie i przetwarzanie wzorców w plikach lub strumieniach danych) Podsumowanie Praktyka w Instytucie Geofizyki Polskiej Akademii Nauk była ciekawym i niebanalnym intelektualnym wyzwaniem. Wykonywane przeze mnie zadanie wymagało wykorzystania wiedzy z zakresu matematyki, fizyki oraz programowania, a sama technika Fast Sweeping Method okazała się wszechstronnym i zaawansowanym narzędziem, które znajduje zastosowanie w najrózniejszych, czasami bardzo od siebie odległych dziedzinach (w moim przypadku – do opisu rozchodzenia się fali sesjmicznej, ale też do np. tworzenia animacji komputerowych w których symulowane jest rozchodzenie się promieni słonecznych) i umiejętność posługiwania się nim może jeszcze niejednokrotnie okazać się bardzo przydatne. Praktyka w Instytucie Geofizyki była pożytecznym, ale też miłym przeżyciem, a mój opiekun – prof. Wojciech Dębski – okazał się świetnym przewodnikiem po technice Fast Sweeping Method, jak i Instytucie Geofizyki.