Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage Vorlesung Ingenieurgeophysik Referent: B.Eng....
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Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren
Vorhersage
Vorlesung Ingenieurgeophysik
Referent: B.Eng. Tobias Bornemann
Lehrender Professor: Dr. rer. nat. Manfred Koch
Gliederung• Entstehung eines Tsunamis• Entstehende Wellenformen• Berechnungsmethoden von Tsunamis• Beispielberechnung• Tsunamifrühwarnsysteme
– Vorstellung verschiedener Systeme– Komponenten und deren Funktionsweise zur
Vorhersage
• Fazit
2Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Entstehung eines Tsunamis
• Tsunami ist japanisch „tsu“ = Hafen
„nami“ = Welle
• Ursachen für einen Tsunami– Verformung des Meeresbodens durch
Erdbeben (90%)– Hangrutsche– Vulkanausbrüche– Meteoriteneinschläge
3Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Entstehung eines Tsunamis
4Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.cronenberger-steinindustrie.de
Entstehung eines Tsunamis
Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage 5
Quelle: http://www.usgs.gov/
Entstehung eines Tsunamis
• Absenken oder Anheben der Wassermassen bewirkt Wellenfront
• Ausbreitung in alle Richtungen möglich• Zumeist in zwei Richtungen, da
Bruchkante vermehrt linienförmig• Erdbeben kann Tsunami verursachen:
– Mindestens Magnitude von 7– Hypozentrum nahe Meeresboden– Vertikale Verschiebung des Meeresbodens
6Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Entstehende Wellenformen
• Anstieg oder Abfall des Wasserspiegels hat durch Schwerkraft Rückstellkraft zur Folge (Schwerewelle)
• Flachwasserwelle – in tiefer offener See
• Tiefwasserwelle – in flachem Gewässer beim auftreffen auf Küste
7Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.gfz-potsdam.de
Auflaufende Tsunamiwelle
Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage 8
Quelle: http://geol43.uni-graz.at/05S/650135/Tsunamis.html
Berechnungsmethoden
• Algorithmen von Frühwarnsystemen entsprechen Flachwassergleichungen
• Bedingungen: – Wellenlänge >> Wassertiefe– Relativ ebener Meeresgrund
• Wichtig: wann und wo trifft Welle auf und welches Zerstörungspotential hat sie?
• Eges=Ekin,mittel + Epot,mittel
• Ekin,mittel Epot,mittel Rückschluss auf c
9Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
• Berechnung der kinetischen Energie einer Tsunamiwelle
Kinetische Energie des Wassers
t2
hcAvm
2
1E
222
kin
t4
hcAE
22
mittel,kin
10Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
• Mittlere kinetische Energie = Hälfte des Maximalwertes an höchster Stelle des Wellenberges
• Änderung der pot. Energie - Wellengang
• Betrachtung sinusförmiger Wellenstruktur
Potentielle Energie des Wassers
11Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
• Mittlere potentielle Energie
2pot hgAhghAhgmE
4
hgAE
2
mittel,pot
Beispielrechnung
• Sumatra-Andamanen Beben im Indischen Ozean 2004
• Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle
– Wassertiefe von 3 km
– Wassertiefe von 10 m
mittel,potmittel,kin EE tgc
h
km620
s
m172km3
s
m81,9tgc
h
km7,35
s
m9,9m10
s
m81,9tgc
12Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Gesamtenergie
t4
hcAE
22
mittel,kin
m3000km3t
m1hs
m172
h
km620c
km000100A
m
kg1000
km3
2
3O2H
2mittel,pot hgA
4
1E
MJ246E mittel,kin MJ246E mittel,pot
MJ492TJ)246246(EEE mittel,potmittel,kinges
13Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Sumatra-Andamanen Beben 2004
Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage 14
Quelle: http://geol43.uni-graz.at/05S/650135/Tsunamis.html
Tsunami Frühwarnsysteme• Koordinationszentrum im Pazifischen
Ozean: Pacific Tsunami Warning Center in Honolulu auf Hawai
• Malaysian National Tsunami Early Warning System (MNTEWS)
• German Indonesian Tsunami Early Warning System (GITEWS)
15Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
GITEWS
• Indischer Ozean vor Indonesien
• Subduktionszone des Sundagrabens
• Am 29.03.2011 an Indonesien übergeben
• Warnung innerhalb 5 Minuten
• Seismologisches Auswertungssystem (SeisComP3)
16Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.gitews.org/
Seismologische Messstationen
• Breitbandseismometer im Erdreich
• Ausgangssignal aus Kraft abgeleitet, die gebraucht wird, um bewegliche Seismogrphenmasse mit Gehäuse mitzuführen
• Daraus Rückschlüsse auf Lage und Stärke
• Auswertsoftware = SeisComP3
17Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
GPS-Boje
• Misst Meersspiegelhöhe und Anomalien der Meeresoberfläche
• Wettersensor, Bojenbewegungssensor, Bojenrechner, Energieversorgung
• Kommunikation mit Unterwassereinheit mittels Schall durch Hydrophone
• Datenübertragung via Sattelit
• Sehr kostenintensive Wartung
18Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.gitews.org/
Ozean-Bodeneinheit
• Wasserhöhenänderung Druckänderung in der Wassersäule
• Differenzdrucksensor
• Installation entlang des Kontinentalhanges
• Breitband-Seismometer
• Schwierige Wartung durch Meeresbewuchs
19Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.gitews.org/
Wasserpegel-Sensoren
• Sehr exakte Messungen beim Auflaufen der Welle ans Land
• Benachbarte evtl. auch betroffene Länder präziser warnen
• Längerfristige Rückschlüsse über die Ausmaße des Tsunamis möglich
• Exaktere Evakuierung bei weiteren Tsunamis möglich
20Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.gitews.org/
Bathymetrie
• Vermessung der topographischen Gestalt des Meeresbodens
• Wichtig für Ausbreitung und Umlenkung der Tsunamiwellen
• Im Flachwasserbereich Berechnung der Wellenhöhen möglich
• Berücksichtigung von Abschwächungseffekten durch Reibung
21Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Bathymetrie
• Zwei Transducer (Abstrahlung/Aufnahme)
• Multibeam Echolotsystem
• Frequenz von 12kHz
• Max. Öffnungswinkel von 150°
• 191 Strahlen per Ping
• Optimale Schiffsgeschwindigkeit von 10 Knoten
22Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quelle: http://www.planeterde.de
Warnzentrum
• Zentrale Koordeinationseinheit
• Messdatensammlung und Auswertung
• Ergebnisse mit bestehenden Gefährdungs- und Risikokarten der Küsten abgeglichen
• Operator kann daraus gezielte Tsunamiwarnungen aussprechen
23Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Fazit
• Geologische Situation und Plattentektonik macht System unverzichtbar um Menschenleben zu retten
• GPS-Technologie lässt präzise und schnelle Warnung zu
• Dichtes Sensornetz notwendig• Erhöhter Lebensstandard steht hohen Kosten
gegenüber• Schulung der Bevölkerung und Notfallpläne• Einrichtung von Schutzbauten
24Tsunamis und Frühwarnsysteme zu deren Vorhersage
Quellenangaben• http://geol43.uni-graz.at/05S/650135/Tsun
amis.html
• http://de.wikipedia.org/wiki/Tsunami
• http://www.gitews.org/
• http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/home
• http://ptwc.weather.gov/
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Vielen Dank für Ihre Aufmersamkeit!
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