Enthüllung der Genauigkeit von Tsunami-Vorhersagen
Einwohner von Küstenstädten in Chile erinnern sich an die katastrophalen Erdbeben, die ihr Land in den Jahren 1960 und 2010 heimgesucht haben, nicht immer für die Beben selbst, sondern für die folgenden Tsunamis.
Diejenigen, die das Beben der Stärke 9,5 von 1960 überlebten, erzählten Interviewern von dem Mann in Maullin, Chile, der nach der ersten Welle des Tsunamis in sein Lagerhaus am Hafen eilte, um Besitztümer zu holen, als die zweite Welle eintraf. Die zweite Welle fegte das Lagerhaus ins Meer und der Mann wurde nie wieder gesehen. In ähnlicher Weise machten Wellen nach der ersten, die als nachlaufende Wellen bekannt waren, Rettungsbemühungen nach dem Tsunami im Jahr 2010 lebensbedrohlich.
Im Jahr 2010 verfügte die Gesellschaft über eine bessere Tsunami-Warntechnologie als 1960, aber es gab immer noch Schwächen. Neue Forschungen von Geophysikern an der Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego zeigen die Stärken und Schwächen von Tsunami-Frühwarnsystemen, wie sie in der Episode 2010 erlebt wurden. Die Studie ist insofern repräsentativ für einen Großteil der wissenschaftlichen Forschung, als sie keine neuen Vorhersagewerkzeuge schafft, sondern zur Bewertung der Zuverlässigkeit bestehender Methoden beiträgt. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Arbeit Vorhersagen von nachlaufenden Tsunami-Wellen verbessern kann.
Ignacio Sepulveda Oyarzun, ein Postdoktorand bei Scripps Oceanography, der selbst das Erdbeben in Chile 2010 überlebte, und Kollegen fanden eine Schwäche, die auf ungenauen Schätzungen der Bathymetrie beruhte, dh der Topographie oder Tiefe des Meeresbodens. Diese Ungenauigkeit spielt keine so große Rolle, wenn eine anfängliche oder führende Tsunami-Welle aufgrund ihrer schieren Größe trifft, aber nachlaufende Wellen haben kurz genug Wellenlängen, dass sie wesentlich stärker von der Form des Meeresbodens beeinflusst werden, über den sie reisen auf ihrem Weg zu den Küsten. Prognosen für nachlaufende Wellen werden stark von Bathymetriefehlern beeinflusst, so die Autoren der Studie, wobei die Unsicherheiten der Wellenamplitude um bis zu 35 Prozent abnehmen.
Sepulveda sagte, es gebe gute Nachrichten in dieser Arbeit, da sie die Genauigkeit führender Tsunami-Wellenwarnungen validiere, aber auch den Vorbehalt biete, dass sich die Menschen nach der ersten Welle mehrere Stunden von Küstengebieten fernhalten müssten wegen der Unvorhersehbarkeit dessen, was als nächstes passiert.
“Wir haben uns lange über die Auswirkungen von Bathymetriefehlern auf Tsunami-Modelle gewundert, da Bathymetriedaten ein kritischer Input für die Modelle sind”, sagte Sepulveda. “Mit dieser neuen Studie können wir nun wertvolle Fragen zur Zuverlässigkeit von Tsunami-Warnungen und Gefährdungsbeurteilungen beantworten.”
Die besten Vermutungen der Wissenschaft über die Lage von Meeresbodenmerkmalen wie Seebergen oder Schluchten oder Riffen und deren Abmessungen stammen von Sondierungen, bei denen es sich um physikalische Messungen der Entfernung zwischen der Oberfläche und dem Meeresboden an einem bestimmten Ort handelt. Sondierungen werden von Schiffen durchgeführt, aber der Prozess ist teuer. Zum Teil wegen des hohen Preises, nur etwa 11 Prozent der Ozean Bathymetrie wurde auf diese Weise gemessen.
Schätzungen, wie die anderen 89 Prozent des Meeresbodens aussehen, stammen aus Höhenmessungen von Satelliten der Höhe der Meeresoberfläche. Satelliten schließen daraus, was die Anziehungskraft an einem bestimmten Punkt ist; Je größer die Schwerkraft, desto höher müssen die U-Boot-Seeberge sein.
Diese Methode wurde im Laufe der Jahre von Forschern von Scripps Oceanography verwendet, die unter anderem Google Maps Ozeandaten zur Verfügung stellen, um die Lücken zu füllen. Bathymetriedaten fließen in das ein, was Wissenschaftler numerische Modelle nennen, oder Simulationen, die sich auch auf Mathematik und Hypothesen stützen, ” um das wahrscheinliche Tsunami-Verhalten abzuschätzen. Fehler in Höhenmessdaten können dazu führen, dass satellitengestützte Schätzungen der Höhe um mehrere hundert Meter abweichen.
“Während Satellitenhöhenmesser diese globale Perspektive auf die Tiefe des Meeresbodens bieten, fehlt ihnen die Genauigkeit und Auflösung, die von Multibeam-Echoloten an Bord großer Forschungsschiffe wie Sally Ride erreicht wird”, sagte der Geophysiker David Sandwell von Scripps Oceanography.
Sepulvedas Team erstellte ein neues Modell, indem es Bathymetriedaten analysierte, die an mehreren Orten auf der ganzen Welt gesammelt wurden, und berechnete, wie weit diese Daten von der Realität entfernt sind. Das von ihnen erstellte Modell generiert dann eine Schätzung der Fehlerquote, die für eine Reihe anderer ozeanografischer Modelle, einschließlich Tsunami-Ausbreitungsmodellen, verwendet werden kann.
Sie verwendeten das Modell, um vergangene Tsunamis zu betrachten und fanden heraus, dass die Leitwelle im Allgemeinen eine Wellenlänge hat, die so groß ist, dass Bathymetriefehler wenig Einfluss darauf haben. Nachlaufende Wellen, die Minuten oder Stunden später kommen, haben kürzere Wellenlängen und platzieren sie auf einer Skala, die eher mit der Größe von Bathymetriefehlern vergleichbar ist. Diese bathymetrischen Merkmale können die Wellen auf unzählige Arten vergrößern oder abschwächen, ebenso wie ihre Wechselwirkung mit normalen brechenden Wellen.
In Chile sind viele Küstenstädte um Buchten herum gebaut, die die meiste Zeit natürlichen Schutz vor Stürmen bieten. Wenn jedoch nachfolgende Tsunami-Wellen auftreffen, können dieselben geografischen Merkmale die Energie der Wellen bündeln und Wellen erzeugen, die größer als die ersten und lokaler sind. Das war 2010 der Fall, als Bewohner des Fischerdorfes Dichato, Chile, daran erinnerten, dass es die dritte Tsunami-Welle war, die die Stadt einige Stunden nach dem Beben um 3:30 Uhr wegfegte.
“Die systematische Studie, die detaillierte Meeresstrahluntersuchungen der Bathymetrie und der satellitengestützten Bathymetrie vergleicht, zeigt die Unterschiede auf, die einen großen Einfluss auf die Minderung von Gefahren durch die sekundären und nachlaufenden Wellen von Tsunamis haben können”, sagte Jennifer Haase, Co-Autorin der Studie, Geophysikerin bei Scripps Oceanography. “Es kann auch für viele andere Arten nützlich sein, wie satellitengestützte Bathymetrie verwendet wird, zum Beispiel zum Verständnis von Meeresströmungen.”
Die Studie erscheint im Journal of Geophysical Research Solid Earth. Das John Miles Fellowship und die Cecil and Ida Green Foundation unterstützten Sepulvedas Forschung. Zu den Co-Autoren der Studie gehören neben Sepulveda und Haase Brook Tozer von Scripps Oceanography, Mircea Grigoriu von der Cornell University und Philip Liu, der mit der National University of Singapore, Cornell und der National Central University in Taiwan verbunden ist. Zusätzliche Unterstützung kam vom Office of Naval Research, der National Science Foundation und der National Research Foundation in Singapur.
