ALBERT

Description: In 2008 GFZ Potsdam has started to operate its global earthquake monitoring system as an experimental seismic background data centre for the interim NEAMTWS (NE Atlantic and Mediterranean Tsunami Warning System). The SeisComP3 (SC3) software, developed within the GITEWS (German Indian Ocean Tsunami Early Warning System) project was extended to test the export and import of individual processing results within a cluster of SC3 systems. The initiated NEAMTWS SC3 cluster consists presently of the 24/7 seismic services at IMP, IGN, LDG/EMSC and KOERI, whereas INGV and NOA are still pending. The GFZ virtual real-time seismic network (GEOFON Extended Virtual Network - GEVN) was substantially extended by many stations from Western European countries optimizing the station distribution for NEAMTWS purposes. To amend the public seismic network (VEBSN – Virtual European Broadband Seismic Network) some attached centres provided additional private stations for NEAMTWS usage. In parallel to the data collection by Internet the GFZ VSAT hub for the secured data collection of the EuroMED GEOFON and NEAMTWS backbone network stations became operational and the first data links were established. In 2008 the experimental system could already prove its performance since a number of relevant earthquakes have happened in NEAMTWS area. The results are very promising in terms of speed as the automatic alerts (reliable solutions based on a minimum of 25 stations and disseminated by emails and SMS) were issued between 2 1/2 and 4 minutes for Greece and 5 minutes for Iceland. They are also promising in terms of accuracy since epicenter coordinates, depth and magnitude estimates were sufficiently accurate from the very beginning, usually don’t differ substantially from the final solutions and provide a good starting point for the operations of the interim NEAMTWS. However, although an automatic seismic system is a good first step, 24/7 manned RTWCs are mandatory for regular manual verification of the automatic seismic results and the estimation of the tsunami potential for a given event.

Description: Die Kenntnis der Herdflächenlösungen großer Erdbeben ist eine grundlegende Größe für eine gute Gefährdungsabschätzung. Besonders für die schnelle Identifizierung einer Tsunami-Gefahr ist neben Herdlokation und Magnitude die Bewegungsrichtung der Platten eine sehr wichtige Information. Um diese Information zu erhalten, wird im Rahmen des Tsunami-Frühwarnsystems für den Indischen Ozean (GITEWS) die Automatisierung eines Momententensor-Inversionsprogramms entwickelt. Um möglichst schnell umfangreiche Informationen vom Erbebenherd vorliegen zu haben, wird ein Inversionsprogramm basierend auf einem regionalen Datensatz verwendet (Dreger, 2001). Diese Inversion im Zeitbereich verwendet die seismischen Daten von Stationen im regionalen Umfeld des betreffenden Erdbebens. Die verfügbaren Daten stammen vom GEOFON-Netz und internationalen Partnernetzwerken (GEOFON Extended Virtual Network). Die Methode wird auf alle größeren Erdbeben weltweit angewendet. Ein besonderes Interesse gilt jedoch Beben in der indonesischen Region. Die meisten Inversions-Lösungen liegen innerhalb einer halben Stunde nach der Herdzeit vor. Das Programm startet automatisch, nachdem ein großes Erdbeben im Auswertesystem SeisComP3 (Hanka et al, 2008) detektiert wurde. Daraufhin werden die Daten von den verfügbaren Stationen im Umkreis von 2000 km zusammengestellt und einer Qualitätskontrolle unterzogen. In einem ersten Schritt wird die beste Lösung für verschiedene Herdtiefen bestimmt. In einem weiteren Schritt werden verschiedene Kombinationen von Stationen getestet, um die Stabilität der Lösungen zu erhalten. Auch die manuelle Auswahl von Stationen wird von dem Programm unterstützt, um weitere Verbesserungen der Lösungen zu erzielen. Die Güte der Lösungen wird durch einen Vergleich der gut 200 Ergebnisse mit den CMT-Lösungen vom Global CMT-Projekt, von MedNet/INGV und von NIED überprüft.

Description: After gaining an accurate source location and magnitude estimate of large earthquakes the direction of plate movement is the next important information for reliable hazard assessment. For this purpose rapid moment tensor inversions are necessary. In this study the time-domain moment tensor inversion program by Dreger (2001) is tested. This program for regional moment tensor solutions is applied to seismic data from regional stations of the GEOFON net and international cooperating partner networks (InaTEWS, IRIS, GEOFON Extended Virtual Network) to obtain moment tensor solutions for large earthquakes worldwide. The motivation of the study is to have rapid information on the plate motion direction for the verification of tsunami generation hazard by earthquakes. A special interest lies on the application in the Indonesian archipelago to integrate the program in German-Indonesian Tsunami EarlyWarning System (GITEWS). Performing the inversion on a single CPU of a normal PC most solutions are achieved within half an hour after origin time. The program starts automatically for large earthquakes detected by the seismic analysis tool SeisComP3 (Hanka et al, 2008). The data from seismic stations in the distance range up to 2000 km are selected, prepared and quality controlled. First the program searches the best automatic solution by varying the source depth. Testing different stations combinations for the inversion enables to identify the stability of the solution. For further optimization of the solution the interactive selection of available stations is facilitated. The results of over 200 events are compared to centroid moment tensor solutions from the Global CMT-Project, from MedNet/INGV and NEID to evaluate the accuracy of the results. The inversion in the time-domain is sensitive to uncertainties in the velocity model and in the source location. These resolution limits are visible in the waveform fits. Another reason for misfits are strong structural inhomogeneities. Structural inhomogeneities are typical features in subduction zone which result in systematic resolution problems. An approach to reduce these uncertainties is presented.

Description: Das im Rahmen des Tsunami-Frühwarnsystems für den Indischen Ozean (GITEWS) in Indonesien aufgebaute Erdbebenmonitoring-System ist bereits seit September 2007 operationell. Das speziell für extrem kurze Vorwarnzeiten (〈 5 min) entwickelte Softwarepaket SeisComp3 hat auch schon beim Bengkulu- Beben am 12. September 2007 vor Sumatra (Mw 8.4) eine erfolgreiche Tsunami- Warnung in der bis dahin unerreicht kurzen Zeit von 4 1/2 Minuten nach Herdzeit ermöglicht. Um zu beurteilen, ob von einem im Meer gelegenen Erdbeben die Gefahr eines Tsunamis ausgeht, ist die Stärke des Bebens neben seiner Tiefe das wichtigste Kriterium. Die großen Tsunami-Erdbeben vor Nord-Sumatra 2004 und Java 2006 haben jedoch auf dramatischeWeise die nach wie vor großen Schwierigkeiten offenbart, die Stärke sehr großer Erdbeben in Echtzeit zuverlässig zu bestimmen. Die besondere Problematik besteht speziell im Fall Indonesiens in der Nähe der Küsten zu den Herden potentiell tsunamigener Erdbeben und daher kurzen Tsunami-Laufzeiten von z.T. weniger als 30 Minuten. Um dennoch rechtzeitig die Gefahr eines Tsunamis beurteilen und ggf. Evakuierungsmaßnahmen einleiten zu können, ist das Ziel (und die politische Vorgabe!) eine ausreichend genaue Bestimmung der Erdbebenstärke innerhalb von ca. 5 Minuten. Im Rahmen von GITEWS werden verschiedene Verfahren zur schnellen Magnitudenbestimmung evaluiert, implementiert und weiterentwickelt. Aufgrund ihrer hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit bieten P-Wellen das Potential für die schnellsten Magnitudenmessungen, zumal die Epizentralregionen tsunamigener Beben (Sundagraben) nicht direkt zugänglich sind. Gutenberg und Richter haben bereits 1956 eine Raumwellenmagnitude entwickelt. Eine modifizierte Version hiervon ist unter der Bezeichnung “mb” noch heute eine geläufige Messgröße. Zu ihrer Bestimmung werden die Seismogramme in einem engen Frequenzband um 1 Hz gefiltert, was das Signal-Rausch-Verhältnis besonders bei kleinen Beben optimiert. Andererseits sättigt mb bereits ab Magnituden von ca. 5.5 und ist daher für besonders große Beben ungeeignet. Dagegen erlaubt die (wie ursprünglich bei Gutenberg und Richter) unter Verwendung des vollständigen, ungefilterten Breitband-Signals gewonnene Magnitude mB eine genaue Bestimmung der Erdbebenstärke bis mindestens Magnitude 8 (Bormann und Saul, 2008). Als Ergänzung zu mB wird im GITEWS-System darüber hinaus die Magnitude Mwp bestimmt (Tsuboi et al., 1999), die am Pacific Tsunami Warning Center verwendet wird. Mwp basiert zwar ebenfalls auf P-Wellen, erfordert jedoch aufwändiges Filtern der Daten. Durch die Verwendung ungefilterter Breitband-Seismogramme eignet sich besonders mB für den automatisierten Echtzeit-Betrieb, wo die Robustheit gegenüber möglichen Datenfehlern einen großen Vorteil gegenüber Mwp darstellt. Die vollautomatische Bestimmung von mB und Mwp sind fester Bestandteil von SeisComP3, das mittlerweile auch in etlichen weiteren Tsunami-Warnzentren im Indischen Ozean und verschiedenen Erdbebendiensten in Europa und weltweit installiert ist.