underworldcode/underworld2

Underworld2 镜像文档

概述和主要用途

Underworld2是一个Python API，专为地球动力学过程建模设计，提供在个人计算机（PC）、云平台及高性能计算（HPC）基础设施上（几乎）无缝运行的能力。该API核心包含一系列Python类，用于构建数值地球动力学模型，并集成内联分析与数据管理工具。通过MPI（消息传递接口）实现多处理器平台的可扩展性，所有重型计算在静态类型层执行以确保高性能。其设计目标是支持快速模型原型开发，并通过Jupyter Notebook等现代开发环境及内嵌可视化工具，满足研究与教学需求。

核心功能和特性

• 多维度模拟能力：支持2维和3维地球动力学过程建模。
• 混合数值方法：采用粒子-网格有限元方法求解Stokes流问题，兼顾网格上的速度场求解精度与粒子群对物质界面及历史信息的准确输运。
• 灵活的网格配置：有限元网格可静态或动态变化，无需与流体演化几何严格同步。
• 高性能与可扩展性：通过MPI实现跨多处理器平台的并行计算，适用于HPC环境；重型计算在静态类型层执行以保障运行效率。
• 内嵌可视化与分析：集成LavaVu可视化工具，支持模型结果的即时可视化；提供内联数据分析工具。
• 现代开发环境兼容：支持Jupyter Notebook，便于交互式开发、教学及云平台部署。
• 灵活的数学描述：核心Function类允许用户自然定义问题数学特性（如分段常数、温度依赖或粘弹塑性粘度模型）。
• 透明的模拟控制：完全暴露模拟时间线，用户需显式指定事件触发时机，确保建模需求精确实现。

使用场景和适用范围

• 地球动力学研究：模拟地幔对流、板块构造、岩石圈变形等地质过程。
• 学术研究与原型开发：快速构建和测试复杂物理过程的数值模型，支持研究假设验证。
• 教学应用：通过Jupyter Notebook在课堂演示地球动力学原理，提供交互式学习环境。
• 跨平台部署：适用于PC（个人研究）、云平台（协作与教学）及HPC集群（大规模模拟）。

使用方法和配置说明

推荐安装方式

Docker容器是Underworld2在Windows、Mac OSX及Linux系统上的推荐安装方法，原生编译通常仅推荐用于不支持容器化的HPC环境。

基本使用步骤

获取官方镜像

通过Docker Hub获取Underworld2官方镜像（具体镜像名称请以官方文档为准）：

bash
docker pull underworldcode/underworld2:latest

启动容器与运行模型

启动容器并运行Jupyter Notebook（示例命令，实际参数请参考官方文档）：

bash
docker run -p 8888:8888 underworldcode/underworld2:latest jupyter notebook --ip=0.0.0.0 --allow-root

访问本地端口8888即可打开Jupyter Notebook界面，开始构建模型。

环境变量配置

• 禁用使用数据收集：设置UW_NO_USAGE_METRICS环境变量可关闭基本使用 metrics 收集：

  bash
  docker run -e UW_NO_USAGE_METRICS=1 underworldcode/underworld2:latest
  

试用与文档资源

在线试用

无需本地安装，可通过Jupyter Binder云实例直接试用（启动可能需要几分钟，闲置30分钟后超时重置）：

官方文档

完整文档（含安装指南、数值方法、API参考及用户指南）：
[***]
建议从用户指南的“入门”章节开始学习。

引用与许可

引用信息

使用Underworld2时，请引用以下文献：

1. Mansour, J., Giordani, J., Moresi, L., Beucher, R., Kaluza, O., Velic, M., Farrington, R., Quenette, S., Beall, A., 2020, Underworld2: Python Geodynamics Modelling for Desktop, HPC and Cloud, Journal of Open Source Software, 5(47), 1797, [***]

2. 代码库引用：[***]

3. 算法引用：

   • Moresi, L., Dufour, F., and Muhlhaus, H.B., 2002, Mantle convection modeling with viscoelastic/brittle lithosphere: Numerical methodology and plate tectonic modeling: Pure And Applied Geophysics, v. 159, no. 10, p. 2335–2356, [***]
   • Moresi, L., Dufour, F., and Muhlhaus, H.B., 2003, A Lagrangian integration point finite element method for large deformation modeling of viscoelastic geomaterials: Journal of Computational Physics, v. 184, no. 2, p. 476–497, [***]
   • Moresi, L., Quenette, S., Lemiale, V., Mériaux, C., Appelbe, W., Mühlhaus, 2007, Computational approaches to studying nonr dynamics of the crust and mantle: Phys. Earth Planet. Inter, v. 163, p. 69–82, []

许可信息

Underworld2采用LGPLv3（GNU Lesser General Public License Version 3）许可。详情参见LICENSE.md和LGPLv3.txt。注意：版本2.9.0至2.9.4中LGPLv3.txt文件包含错误文本，但这些版本仍视为采用LGPLv3许可。