TY - THES A1 - Metz, Malte T1 - Finite fault earthquake source inversions T1 - Ausgedehnte Erdbebenquellinversion BT - implementation and testing of a novel physics-based rupture model BT - Implementierung und Validierung eines neuen selbst-ähnlichen Bruchmodels N2 - Earthquake modeling is the key to a profound understanding of a rupture. Its kinematics or dynamics are derived from advanced rupture models that allow, for example, to reconstruct the direction and velocity of the rupture front or the evolving slip distribution behind the rupture front. Such models are often parameterized by a lattice of interacting sub-faults with many degrees of freedom, where, for example, the time history of the slip and rake on each sub-fault are inverted. To avoid overfitting or other numerical instabilities during a finite-fault estimation, most models are stabilized by geometric rather than physical constraints such as smoothing. As a basis for the inversion approach of this study, we build on a new pseudo-dynamic rupture model (PDR) with only a few free parameters and a simple geometry as a physics-based solution of an earthquake rupture. The PDR derives the instantaneous slip from a given stress drop on the fault plane, with boundary conditions on the developing crack surface guaranteed at all times via a boundary element approach. As a side product, the source time function on each point on the rupture plane is not constraint and develops by itself without additional parametrization. The code was made publicly available as part of the Pyrocko and Grond Python packages. The approach was compared with conventional modeling for different earthquakes. For example, for the Mw 7.1 2016 Kumamoto, Japan, earthquake, the effects of geometric changes in the rupture surface on the slip and slip rate distributions could be reproduced by simply projecting stress vectors. For the Mw 7.5 2018 Palu, Indonesia, strike-slip earthquake, we also modelled rupture propagation using the 2D Eikonal equation and assuming a linear relationship between rupture and shear wave velocity. This allowed us to give a deeper and faster propagating rupture front and the resulting upward refraction as a new possible explanation for the apparent supershear observed at the Earth's surface. The thesis investigates three aspects of earthquake inversion using PDR: (1) to test whether implementing a simplified rupture model with few parameters into a probabilistic Bayesian scheme without constraining geometric parameters is feasible, and whether this leads to fast and robust results that can be used for subsequent fast information systems (e.g., ground motion predictions). (2) To investigate whether combining broadband and strong-motion seismic records together with near-field ground deformation data improves the reliability of estimated rupture models in a Bayesian inversion. (3) To investigate whether a complex rupture can be represented by the inversion of multiple PDR sources and for what type of earthquakes this is recommended. I developed the PDR inversion approach and applied the joint data inversions to two seismic sequences in different tectonic settings. Using multiple frequency bands and a multiple source inversion approach, I captured the multi-modal behaviour of the Mw 8.2 2021 South Sandwich subduction earthquake with a large, curved and slow rupturing shallow earthquake bounded by two faster and deeper smaller events. I could cross-validate the results with other methods, i.e., P-wave energy back-projection, a clustering analysis of aftershocks and a simple tsunami forward model. The joint analysis of ground deformation and seismic data within a multiple source inversion also shed light on an earthquake triplet, which occurred in July 2022 in SE Iran. From the inversion and aftershock relocalization, I found indications for a vertical separation between the shallower mainshocks within the sedimentary cover and deeper aftershocks at the sediment-basement interface. The vertical offset could be caused by the ductile response of the evident salt layer to stress perturbations from the mainshocks. The applications highlight the versatility of the simple PDR in probabilistic seismic source inversion capturing features of rather different, complex earthquakes. Limitations, as the evident focus on the major slip patches of the rupture are discussed as well as differences to other finite fault modeling methods. N2 - Erdbebenmodelle sind der Schlüssel zu einem detaillierten Verständnis der zugrunde liegenden Bruchprozesse. Die kinematischen oder dynamischen Brucheigenschaften werden mit Hilfe von ausgedehnten Bruchmodellen bestimmt. Dadurch können Details, wie z.B. die Bruchrichtung und -geschwindigkeit oder die Verschiebungsverteilung, aufgelöst werden. Häufig sind ausgedehnte Bruchmodelle durch sehr viele freie Parameter definiert, etwa individuelle Verschiebungen und Verschiebungsrichtungen auf den diskretisierten Bruchflächenelementen. Die große Anzahl an Parametern sorgt dafür, dass Inversionsprobleme hochgradig unterbestimmt sind. Um daraus resultierende numerische Instabilitäten zu verhinden, werden diese Modelle häufig mit zusätzlichen eher geometrischen als physikalischen Annahmen stabilisiert, z.B. im Bezug auf die Rauigkeit der Verschiebung auf der Bruchfläche. Die Basis für die Inversionsmethode in dieser Dissertaton bildet das von uns entwickelete pseudo-dynamische Bruchmodel (PDR). Die PDR basiert auf wenigen freien Parametern und einer simplen, planaren Geometrie und ergibt eine physik-gestützte Lösung für Erdbebenbrüche. Die PDR bestimmt die instantane Verschiebung basierend auf gegebenen Spannungsänderungen auf der Bruchfläche. Die Randbedingung der Spannungsänderung wird dabei zu jedem Zeitpunkt der Bruchentwicklung über eine Randelementmethode eingehalten. Als Nebenprodukt dessen kann die Herdzeitfunktion an jedem Punkt der Bruchfläche als Ergebnis des Models bestimmt werden, und muss daher nicht vorher definiert werden. Der PDR-Modellierungsansatz wurde mit anderen Modellen anhand verschiedener Erdbeben verglichen. Am Beispiel des Mw 7,1 2016 Kumamoto, Japan, Bebens konnte der Effekt einer gekrümmten Bruchfläche auf die daraus resultierenden Verschiebungsverteilung und Verschiebungsraten durch eine Projezierung der Spannungsvektoren reproduziert werden. Für das Mw 7,5 2018 Palu, Indonesien, Beben haben wir die Bruchausbreitung auf Grundlage der 2D-Eikonalgleichung und basierend auf einem angenommenen linearen Zusammenhang zwischen Bruch- und Scherwellengeschwindigkeit modelliert. Dadurch konnten wir die beobachtete Supershear-Bruchausbreitung als Ergebnis einer möglichen tiefen und daher schnelleren Bruchfront mit einer Abstrahlung an die Erdoberfläche erklären. Der PDR-Vorwärtsmodellierungs-Code wurde in den Open-Source Python Paketen Pyrocko und Grond veröffentlicht. Meine Dissertation beleuchtet drei Aspekte der Erdbebeninversion unter Zuhilfenahme der PDR: (1) Ist eine Implementation eines simplen Bruchmodels mit wenigen Parametern in ein probabalistisches Bayesisches Inversionsprogramm möglich? Kann dies schnelle und robuste Ergebnisse für weitere Folgeanwendungen, wie Bodenbeschleunigungsvorhersagen, liefern? (2) Wie hilft die Kombination aus seismischen Breitband- und Accelerometerdaten mit Nahfelddeformationsdaten, Inversionsergebnisse mit der PDR zu verbessern? (3) Können komplexe Brüche über einen multiplen PDR-Quellinversionsansatz aufgelöst werden und wenn ja, wann ist dies möglich? Ich habe den PDR-Inversionsansatz entwickelt und auf zwei Erdbeben-Sequenzen in verschiedenen tektonischen Umgebungen angewandt. Mit Hilfe von verschiedenen Datensätzen in mehreren Frequenzbändern innerhalb von einfachen und multiplen Bruchflächeninversionen konnte ich das multi-modale Mw 8,2 2021 South Sandwich Erdbeben characterisieren. Dieses bestand aus einem langen, flachen, langsam brechenden Beben entlang der gekrümmten Subduktionszone, welches durch zwei kleinere, tiefere Brüche mit schnelleren Bruchgeschwindigkeiten begrenzt wurde. Die Validierung mit Ergebnissen aus einer P-Wellen Back-Projection, der Clusteranalyse von Nachbeben und einer Tsunami-Modelierung zeigten eine hohe Konsistenz mit den PDR-Resultaten. Die Kombination von seismischen Daten und Oberflächendeformationen in einer multiplen PDR-Inversion habe ich auch zur Analyse eines Beben-Triplets vom Juni 2022 im Südosten des Irans genutzt. Die Inversionen konnten im Zusammenspiel mit relokalisierten Nachbeben einen neuen Fall von vertikaler Haupt-/Nachbebenseparation auflösen. Während die großen Hauptbeben im flachen Sediment stattfanden, sind die Nachbeben hauptsächlich entlang der tieferen Grenzfläche zwischen Sediment und kristallinem Grundgebirge aufgetreten. Eine Erklärung dafür ist das duktile Fließen einer vorhandenen Salzschicht auf der Grenzfläche, ausgelöst durch Spannungsänderungen im Zuge der Hauptbeben. Die Anwendungen konnten die Vielseitigkeit der PDR als simples Quellmodel innerhalb von seismischen Quellinversionen zeigen. Limitierungen der Inversion, wie der augenscheinliche Fokus auf den Hauptverschiebungsbereich eines Bebens, werden in dieser Arbeit genauso diskutiert wie die Einordnung der PDR im Vergleich zu anderen ausgedehnten Quellmodellen. KW - seismology KW - inversion KW - source model KW - Seismologie KW - Inversion KW - Bruchmodel Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-619745 ER - TY - JOUR A1 - Marschall, Raphael A1 - Skorov, Yuri A1 - Zakharov, Vladimir A1 - Rezac, Ladislav A1 - Gerig, Selina-Barbara A1 - Christou, Chariton A1 - Dadzie, S. Kokou A1 - Migliorini, Alessandra A1 - Rinaldi, Giovanna A1 - Agarwal, Jessica A1 - Vincent, Jean-Baptiste A1 - Kappel, David T1 - Cometary comae-surface links the physics of gas and dust from the surface to a spacecraft JF - Space science reviews N2 - A comet is a highly dynamic object, undergoing a permanent state of change. These changes have to be carefully classified and considered according to their intrinsic temporal and spatial scales. The Rosetta mission has, through its contiguous in-situ and remote sensing coverage of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (hereafter 67P) over the time span of August 2014 to September 2016, monitored the emergence, culmination, and winding down of the gas and dust comae. This provided an unprecedented data set and has spurred a large effort to connect in-situ and remote sensing measurements to the surface. In this review, we address our current understanding of cometary activity and the challenges involved when linking comae data to the surface. We give the current state of research by describing what we know about the physical processes involved from the surface to a few tens of kilometres above it with respect to the gas and dust emission from cometary nuclei. Further, we describe how complex multidimensional cometary gas and dust models have developed from the Halley encounter of 1986 to today. This includes the study of inhomogeneous outgassing and determination of the gas and dust production rates. Additionally, the different approaches used and results obtained to link coma data to the surface will be discussed. We discuss forward and inversion models and we describe the limitations of the respective approaches. The current literature suggests that there does not seem to be a single uniform process behind cometary activity. Rather, activity seems to be the consequence of a variety of erosion processes, including the sublimation of both water ice and more volatile material, but possibly also more exotic processes such as fracture and cliff erosion under thermal and mechanical stress, sub-surface heat storage, and a complex interplay of these processes. Seasons and the nucleus shape are key factors for the distribution and temporal evolution of activity and imply that the heliocentric evolution of activity can be highly individual for every comet, and generalisations can be misleading. KW - comets KW - coma KW - gas KW - dust KW - dynamics KW - modelling KW - inversion Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1007/s11214-020-00744-0 SN - 0038-6308 SN - 1572-9672 VL - 216 IS - 8 PB - Springer CY - Dordrecht ER - TY - GEN A1 - Böckmann, Christine A1 - Ritter, Christoph A1 - Cappelletti, David T1 - Mathematical tool for a closure study of aerosol microphysical property retrieval using lidar and photometer data T2 - IGARSS 2018 - 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium N2 - We present a project combining lidar, photometer and particle counter data with a regularization software tool for a closure study of aerosol microphysical property retrieval. In a first step only lidar data are used to retrieve the particle size distribution (PSD). Secondly, photometer data are added, which results in a good consistency of the retrieved PSDs. Finally, those retrieved PSDs may be compared with the measured PSD from a particle counter. The data here were taken in Ny Alesund, Svalbard, as an example. KW - Aerosol KW - Raman lidar KW - photometer KW - inversion KW - regularization KW - particle microphysics Y1 - 2018 SN - 978-1-5386-7150-4 U6 - https://doi.org/10.1109/IGARSS.2018.8518674 SN - 2153-6996 SP - 5575 EP - 5578 PB - IEEE CY - New York ER - TY - JOUR A1 - Göritz, Anna A1 - Berger, Stella A. A1 - Gege, Peter A1 - Grossart, Hans-Peter A1 - Nejstgaard, Jens C. A1 - Riedel, Sebastian A1 - Röttgers, Rüdiger A1 - Utschig, Christian T1 - Retrieval of water constituents from hyperspectral in-situ measurements under variable cloud cover BT - a case study at Lake Stechlin (Germany) JF - Remote sensing / Molecular Diversity Preservation International (MDPI) N2 - Remote sensing and field spectroscopy of natural waters is typically performed under clear skies, low wind speeds and low solar zenith angles. Such measurements can also be made, in principle, under clouds and mixed skies using airborne or in-situ measurements; however, variable illumination conditions pose a challenge to data analysis. In the present case study, we evaluated the inversion of hyperspectral in-situ measurements for water constituent retrieval acquired under variable cloud cover. First, we studied the retrieval of Chlorophyll-a (Chl-a) concentration and colored dissolved organic matter (CDOM) absorption from in-water irradiance measurements. Then, we evaluated the errors in the retrievals of the concentration of total suspended matter (TSM), Chl-a and the absorption coefficient of CDOM from above-water reflectance measurements due to highly variable reflections at the water surface. In order to approximate cloud reflections, we extended a recent three-component surface reflectance model for cloudless atmospheres by a constant offset and compared different surface reflectance correction procedures. Our findings suggest that in-water irradiance measurements may be used for the analysis of absorbing compounds even under highly variable weather conditions. The extended surface reflectance model proved to contribute to the analysis of above-water reflectance measurements with respect to Chl-a and TSM. Results indicate the potential of this approach for all-weather monitoring. KW - remote sensing KW - inland water KW - hyperspectral measurements KW - in-situ KW - cloud KW - surface reflection KW - inversion KW - bio-optical modeling Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.3390/rs10020181 SN - 2072-4292 VL - 10 IS - 2 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Göritz, Anna A1 - Berger, Stella A. A1 - Gege, Peter A1 - Grossart, Hans-Peter A1 - Nejstgaard, Jens C. A1 - Riedel, Sebastian A1 - Röttgers, Rüdiger A1 - Utschig, Christian T1 - Retrieval of water constituents from hyperspectral in-situ measurements under variable cloud cover BT - a case study at lake Stechlin (Germany) T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Remote sensing and field spectroscopy of natural waters is typically performed under clear skies, low wind speeds and low solar zenith angles. Such measurements can also be made, in principle, under clouds and mixed skies using airborne or in-situ measurements; however, variable illumination conditions pose a challenge to data analysis. In the present case study, we evaluated the inversion of hyperspectral in-situ measurements for water constituent retrieval acquired under variable cloud cover. First, we studied the retrieval of Chlorophyll-a (Chl-a) concentration and colored dissolved organic matter (CDOM) absorption from in-water irradiance measurements. Then, we evaluated the errors in the retrievals of the concentration of total suspended matter (TSM), Chl-a and the absorption coefficient of CDOM from above-water reflectance measurements due to highly variable reflections at the water surface. In order to approximate cloud reflections, we extended a recent three-component surface reflectance model for cloudless atmospheres by a constant offset and compared different surface reflectance correction procedures. Our findings suggest that in-water irradiance measurements may be used for the analysis of absorbing compounds even under highly variable weather conditions. The extended surface reflectance model proved to contribute to the analysis of above-water reflectance measurements with respect to Chl-a and TSM. Results indicate the potential of this approach for all-weather monitoring. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 941 KW - remote sensing KW - inland water KW - hyperspectral measurements KW - in-situ KW - cloud KW - surface reflection KW - inversion KW - bio-optical modeling Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459837 SN - 1866-8372 IS - 941 ER - TY - THES A1 - Samaras, Stefanos T1 - Microphysical retrieval of non-spherical aerosol particles using regularized inversion of multi-wavelength lidar data T1 - Retrieval der Mikrophysik von nichtkugelförmigen Aerosolpartikeln durch regularisierte Inversion von Mehrwellenlängen-Lidardaten N2 - Numerous reports of relatively rapid climate changes over the past century make a clear case of the impact of aerosols and clouds, identified as sources of largest uncertainty in climate projections. Earth’s radiation balance is altered by aerosols depending on their size, morphology and chemical composition. Competing effects in the atmosphere can be further studied by investigating the evolution of aerosol microphysical properties, which are the focus of the present work. The aerosol size distribution, the refractive index, and the single scattering albedo are commonly used such properties linked to aerosol type, and radiative forcing. Highly advanced lidars (light detection and ranging) have reduced aerosol monitoring and optical profiling into a routine process. Lidar data have been widely used to retrieve the size distribution through the inversion of the so-called Lorenz-Mie model (LMM). This model offers a reasonable treatment for spherically approximated particles, it no longer provides, though, a viable description for other naturally occurring arbitrarily shaped particles, such as dust particles. On the other hand, non-spherical geometries as simple as spheroids reproduce certain optical properties with enhanced accuracy. Motivated by this, we adapt the LMM to accommodate the spheroid-particle approximation introducing the notion of a two-dimensional (2D) shape-size distribution. Inverting only a few optical data points to retrieve the shape-size distribution is classified as a non-linear ill-posed problem. A brief mathematical analysis is presented which reveals the inherent tendency towards highly oscillatory solutions, explores the available options for a generalized solution through regularization methods and quantifies the ill-posedness. The latter will improve our understanding on the main cause fomenting instability in the produced solution spaces. The new approach facilitates the exploitation of additional lidar data points from depolarization measurements, associated with particle non-sphericity. However, the generalization of LMM vastly increases the complexity of the problem. The underlying theory for the calculation of the involved optical cross sections (T-matrix theory) is computationally so costly, that would limit a retrieval analysis to an unpractical point. Moreover the discretization of the model equation by a 2D collocation method, proposed in this work, involves double integrations which are further time consuming. We overcome these difficulties by using precalculated databases and a sophisticated retrieval software (SphInX: Spheroidal Inversion eXperiments) especially developed for our purposes, capable of performing multiple-dataset inversions and producing a wide range of microphysical retrieval outputs. Hybrid regularization in conjunction with minimization processes is used as a basis for our algorithms. Synthetic data retrievals are performed simulating various atmospheric scenarios in order to test the efficiency of different regularization methods. The gap in contemporary literature in providing full sets of uncertainties in a wide variety of numerical instances is of major concern here. For this, the most appropriate methods are identified through a thorough analysis on an overall-behavior basis regarding accuracy and stability. The general trend of the initial size distributions is captured in our numerical experiments and the reconstruction quality depends on data error level. Moreover, the need for more or less depolarization points is explored for the first time from the point of view of the microphysical retrieval. Finally, our approach is tested in various measurement cases giving further insight for future algorithm improvements. N2 - Zahlreiche Berichte von relativ schnellen Klimaveränderungen im vergangenen Jahrhundert liefern überzeugende Argumente über die Auswirkungen von Aerosolen und Wolken auf Wetter und Klima. Aerosole und Wolken wurden als Quellen größter Unsicherheit in Klimaprognosen identifiziert. Die Strahlungsbilanz der Erde wird verändert durch die Partikelgröße, ihre Morphologie und ihre chemische Zusammensetzung. Konkurrierende Effekte in der Atmosphäre können durch die Bestimmung von mikrophysikalischen Partikeleigenschaften weiter untersucht werden, was der Fokus der vorliegenden Arbeit ist. Die Aerosolgrößenverteilung, der Brechungsindex der Partikeln und die Einzel-Streu-Albedo sind solche häufig verwendeten Parameter, die mit dem Aerosoltyp und dem Strahlungsantrieb verbunden sind. Hoch entwickelte Lidare (Light Detection and Ranging) haben die Aerosolüberwachung und die optische Profilierung zu einem Routineprozess gemacht. Lidar-Daten wurden verwendet um die Größenverteilung zu bestimmen, was durch die Inversion des sogenannten Lorenz-Mie-Modells (LMM) gelingt. Dieses Modell bietet eine angemessene Behandlung für sphärisch angenäherte Partikeln, es stellt aber keine brauchbare Beschreibung für andere natürlich auftretende beliebig geformte Partikeln -wie z.B. Staubpartikeln- bereit. Andererseits stellt die Einbeziehung einer nicht kugelförmigen Geometrie –wie z.B. einfache Sphäroide- bestimmte optische Eigenschaften mit verbesserter Genauigkeit dar. Angesichts dieser Tatsache erweitern wir das LMM durch die Approximation von Sphäroid-Partikeln. Dazu ist es notwendig den Begriff einer zweidimensionalen Größenverteilung einzuführen. Die Inversion einer sehr geringen Anzahl optischer Datenpunkte zur Bestimmung der Form der Größenverteilung ist als ein nichtlineares schlecht gestelltes Problem bekannt. Eine kurze mathematische Analyse wird vorgestellt, die die inhärente Tendenz zu stark oszillierenden Lösungen zeigt. Weiterhin werden Optionen für eine verallgemeinerte Lösung durch Regularisierungsmethoden untersucht und der Grad der Schlechtgestelltheit quantifiziert. Letzteres wird unser Verständnis für die Hauptursache der Instabilität bei den berechneten Lösungsräumen verbessern. Der neue Ansatz ermöglicht es uns, zusätzliche Lidar-Datenpunkte aus Depolarisationsmessungen zu nutzen, die sich aus der Nicht-sphärizität der Partikeln assoziieren. Die Verallgemeinerung des LMMs erhöht erheblich die Komplexität des Problems. Die zugrundeliegende Theorie für die Berechnung der beteiligten optischen Querschnitte (T-Matrix-Ansatz) ist rechnerisch so aufwendig, dass eine Neuberechnung dieser nicht sinnvoll erscheint. Darüber hinaus wird ein zweidimensionales Kollokationsverfahren für die Diskretisierung der Modellgleichung vorgeschlagen. Dieses Verfahren beinhaltet Doppelintegrationen, die wiederum zeitaufwendig sind. Wir überwinden diese Schwierigkeiten durch Verwendung vorgerechneter Datenbanken sowie einer hochentwickelten Retrieval-Software (SphInX: Spheroidal Inversion eXperiments). Diese Software wurde speziell für unseren Zweck entwickelt und ist in der Lage mehrere Datensatzinversionen gleichzeitig durchzuführen und eine große Auswahl von mikrophysikalischen Retrieval-Ausgaben bereitzustellen. Eine hybride Regularisierung in Verbindung mit einem Minimierungsverfahren wird als Grundlage für unsere Algorithmen verwendet. Synthetische Daten-Inversionen werden mit verschiedenen atmosphärischen Szenarien durchgeführt, um die Effizienz verschiedener Regularisierungsmethoden zu untersuchen. Die Lücke in der gegenwärtigen wissenschaftlichen Literatur gewisse Unsicherheiten durch breitgefächerte numerische Fälle bereitzustellen, ist ein Hauptanliegen dieser Arbeit. Motiviert davon werden die am besten geeigneten Verfahren einer gründlichen Analyse in Bezug auf ihr Gesamtverhalten, d.h. Genauigkeit und Stabilität, unterzogen. Der allgemeine Trend der Anfangsgrößenverteilung wird in unseren numerischen Experimenten erfasst. Zusätzlich hängt die Rekonstruktionsqualität vom Datenfehler ab. Darüber hinaus wird die Anzahl der notwendigen Depolarisationspunkte zum ersten Mal aus der Sicht des mikrophysikalischen Parameter-Retrievals erforscht. Abschließend verwenden wir unsere Software für verschiedene Messfälle, was weitere Einblicke für künftige Verbesserungen des Algorithmus gibt. KW - microphysics KW - retrieval KW - lidar KW - aerosols KW - regularization KW - ill-posed KW - inversion KW - Mikrophysik KW - Retrieval KW - Lidar KW - Aerosole KW - Regularisierung KW - schlecht gestellt KW - Inversion Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396528 ER - TY - JOUR A1 - Haßler, Gerda T1 - La inversiones del orden de palabras BT - Antecedentes metodológicos de los estudios sobre la estructura informacional JF - Revista de Investigación Lingüística N2 - Las teorías sobre el orden de las palabras del siglo XVII han encontrado mucha repercusión en las investigaciones actuales sobre la estructura de la información. No obstante, estas alusiones tienden a ser inconscientes. ¿Cómo deben evaluar los historiógrafos tales similitudes, mucho más allá de determinar su continuidad? ¿Se pueden derivar tal vez conclusiones sobre este tema complejo, que es relevante en la discusión de hoy en día, tomando en cuenta las diversas posiciones opuestas y el intenso discurso del siglo XVIII? N2 - Current research on information structure resonates with many echoes of seventeenth century word order theories, though these allusions tend to be unconscious. How should we historiographers evaluate such similarities beyond merely determining the continuities? And can we perhaps derive conclusions about this complex subject relevant to today’s discussion from the opposing positions and intense discourse of the eighteenth century? T2 - Inversion of word order : methodological precursors of studies on information structure KW - Orden de las palabras KW - orden natural KW - inversión KW - racionalista KW - claridad KW - Word order KW - natural order KW - inversion KW - rationalist KW - clarity Y1 - 2016 SN - 1989-4554 SN - 1139-1146 VL - 19 SP - 35 EP - 60 ER - TY - JOUR A1 - Ley-Cooper, Alan Yusen A1 - Viezzoli, Andrea A1 - Guillemoteau, Julien A1 - Vignoli, Giulio A1 - Macnae, James A1 - Cox, Leif A1 - Munday, Tim T1 - Airborne electromagnetic modelling options and their consequences in target definition JF - Exploration geophysics : the bulletin of the Australian Society of Exploration Geophysicists N2 - Given the range of geological conditions under which airborne EM surveys are conducted, there is an expectation that the 2D and 3D methods used to extract models that are geologically meaningful would be favoured over ID inversion and transforms. We do after all deal with an Earth that constantly undergoes, faulting, intrusions, and erosive processes that yield a subsurface morphology, which is, for most parts, dissimilar to a horizontal layered earth. We analyse data from a survey collected in the Musgrave province, South Australia. It is of particular interest since it has been used for mineral prospecting and for a regional hydro-geological assessment. The survey comprises abrupt lateral variations, more-subtle lateral continuous sedimentary sequences and filled palaeovalleys. As consequence, we deal with several geophysical targets of contrasting conductivities, varying geometries and at different depths. We invert the observations by using several algorithms characterised by the different dimensionality of the forward operator. Inversion of airborne EM data is known to be an ill-posed problem. We can generate a variety of models that numerically adequately fit the measured data, which makes the solution non-unique. The application of different deterministic inversion codes or transforms to the same dataset can give dissimilar results, as shown in this paper. This ambiguity suggests the choice of processes and algorithms used to interpret AEM data cannot be resolved as a matter of personal choice and preference. The degree to which models generated by a ID algorithm replicate/or not measured data, can be an indicator of the data's dimensionality, which perse does not imply that data that can be fitted with a 1D model cannot be multidimensional. On the other hand, it is crucial that codes that can generate 2D and 3D models do reproduce the measured data in order for them to be considered as a plausible solution. In the absence of ancillary information, it could be argued that the simplest model with the simplest physics might be preferred. KW - airborne KW - electromagnetics KW - exploration KW - inversion KW - target Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1071/EG14045 SN - 0812-3985 SN - 1834-7533 VL - 46 IS - 1 SP - 74 EP - 84 PB - CSIRO CY - Clayton ER - TY - THES A1 - Lontsi, Agostiny Marrios T1 - 1D shallow sedimentary subsurface imaging using ambient noise and active seismic data T1 - 1D Bildgebung oberflächennaher Sedimente mit Hilfe von Daten der allgemeinen, seismischen Bodenunruhe und Daten der aktiven Seismik N2 - The Earth’s shallow subsurface with sedimentary cover acts as a waveguide to any incoming wavefield. Within the framework of my thesis, I focused on the characterization of this shallow subsurface within tens to few hundreds of meters of sediment cover. I imaged the seismic 1D shear wave velocity (and possibly the 1D compressional wave velocity). This information is not only required for any seismic risk assessment, geotechnical engineering or microzonation activities, but also for exploration and global seismology where site effects are often neglected in seismic waveform modeling. First, the conventional frequency-wavenumber (f - k) technique is used to derive the dispersion characteristic of the propagating surface waves recorded using distinct arrays of seismometers in 1D and 2D configurations. Further, the cross-correlation technique is applied to seismic array data to estimate the Green’s function between receivers pairs combination assuming one is the source and the other the receiver. With the consideration of a 1D media, the estimated cross-correlation Green’s functions are sorted with interstation distance in a virtual 1D active seismic experiment. The f - k technique is then used to estimate the dispersion curves. This integrated analysis is important for the interpretation of a large bandwidth of the phase velocity dispersion curves and therefore improving the resolution of the estimated 1D Vs profile. Second, the new theoretical approach based on the Diffuse Field Assumption (DFA) is used for the interpretation of the observed microtremors H/V spectral ratio. The theory is further extended in this research work to include not only the interpretation of the H/V measured at the surface, but also the H/V measured at depths and in marine environments. A modeling and inversion of synthetic H/V spectral ratio curves on simple predefined geological structures shows an almost perfect recovery of the model parameters (mainly Vs and to a lesser extent Vp). These results are obtained after information from a receiver at depth has been considered in the inversion. Finally, the Rayleigh wave phase velocity information, estimated from array data, and the H/V(z, f) spectral ratio, estimated from a single station data, are combined and inverted for the velocity profile information. Obtained results indicate an improved depth resolution in comparison to estimations using the phase velocity dispersion curves only. The overall estimated sediment thickness is comparable to estimations obtained by inverting the full micortremor H/V spectral ratio. N2 - Oberflächennahe Sedimente wirken oft als Verstärker für einfallende seismische Wellenfelder. Im Rahmen meiner Doktorarbeit konzentriere ich mich auf die Eigenschaften des oberflächennahen Untergrundes von einigen zehn bis zu hundert Metern Sedimentabdeckung. Dabei leite ich Tiefenprofile (1D) der seismische Scherwellengeschwindigkeit (Vs) und wenn möglich auch der Kompressionswellengeschwindigkeit (Vp) aus seismischen Daten ab. Diese Informationen sind nicht nur für jede Erdbebenrisikobewertung, Geotechnik- oder Mikrozonierungsaktivität erforderlich, sondern sind auch für die seismische Erkundung und globale Seismologie von Bedeutung, da Standorteffekte in seismischen Wellenformmodellierungen oft vernachlässigt werden. Zuerst wird die herkömmliche Frequenz-Wellenzahl (f - k) Technik verwendet, um die Dispersionskurven der Phasengeschwindigkeit von Oberflächenwellen abzuleiten. Die zugrundeliegenden Daten stammen von Seismometerarrays in unterschiedlichen 1D- und 2D-Konfigurationen. In einem weiteren Schritt wird die Green’s Funktion zwischen verschiedenen Empfängerpaaren aus den Daten des seismischen Arrays geschätzt. Dabei wird die Kreuzkorrelationstechnik verwendet. In einem virtuellen 1D Experiment der aktiven Seismik werden die abgeleiteten Green’s Funktionen der Interstationsdistanz nach geordnet. Dann wird die f-k Technik verwendet um wiederum Dispersionskurven abzuleiten. Dieser integrierte Ansatz ermöglicht die Analyse einer grösseren Bandbreite für die Dispersionskurven und daher eine verbesserte Auflösung des 1D Tiefenprofils der Scherwellengeschwindigkeit (Vs). In einem zweiten Schritt wird ein neuer Ansatz, basierend auf der diffusen Wellenfeldannahme (engl., Diffuse Field Assumption, DFA), zur Interpretation beobachteter horizontal zu vertikalen Spektralamplitudenverhältnissen (H/V-Spektralverhältnisse), die aus allgemeiner Bodenunruhe abgeleited wurden,genutzt. Diese Theorie wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit erweitert, um nicht nur an der Oberfläche gemessene H/V- Spektralverhältnisse interpretieren zu können sondern auch Messungen in der Tiefe (Bohrloch) und in mariner Umgebung (Ozeanboden). Eine Modellierung und Inversion von synthetischen HV- Spektralverhältnissen für vordefinierte, einfache geologische Strukturen zeigt eine nahezu perfekte Identifikation/Rekonstruktion der Modellparameter (im wesentlichen Vs und in geringerem Maße Vp), wenn die zusätzliche Information von HV- Spektralverhältnissen eines Empfängers in der Tiefe bei der Inversion berücksichtigt wird. Letztlich wurden (i) Phasengeschwindigkeiten von Rayleighwellen, die aus einem Arraydatensatz geschätzt wurden, mit (ii) H/V-Spektralverhältnissen einer Einzelstation kombiniert invertiert, um Tiefen-profile seismischer Geschwindigkeiten (Vs, Vp) zu bestimmen. Die Ergebnisse deuten daraufhin, dass sich mit einer kombinierte Inversion seismische Geschwindigkeiten bis in größere Tiefen bestimmen lassen, verglichen mit der Inversion von nur Phasengeschwindigkeiten allein. Die geschätzte Gesamtmächtigkeit von Oberflächensedimenten aufgrund der kombinierten Inversion ist vergleichbar mit der, abgleitet von nur H/V-Spektralverhältnissen. KW - active seismic KW - passive seismic KW - virtual active seismic KW - dispersion curves KW - inversion KW - Vs profiles KW - inverse theory KW - interferometry KW - site effects KW - aktive Seismik KW - passive Seismik KW - virtuelle aktive Seismik KW - Dispersionskurven KW - Inversion KW - Vs Profile KW - Inversionstheorie KW - Interferometrie KW - Standorteffekte Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103807 ER - TY - GEN A1 - Donner, Stefanie A1 - Rößler, Dirk A1 - Krüger, Frank A1 - Ghods, Abdolreza A1 - Strecker, Manfred T1 - Source mechanisms of the 2004 Baladeh (Iran) earthquake sequence from Iranian broadband and short-period data and seismotectonic implications N2 - The northward movement and collision of the Arabian plate with Eurasia generates compressive stresses and resulting shortening in Iran. Within the Alborz Mountains, North Iran, a complex and not well understood system of strike-slip and thrust faults accomodates a fundamental part of the NNE-SSW oriented shortening. On 28th of May 2004 the Mw 6.3 Baladeh earthquake hit the north-central Alborz Mountains. It is one of the rare and large events in this region in modern time and thus a seldom chance to study earthquake mechanisms and the local ongoing deformation processes. It also demonstrated the high vulnerability of this densily populated region. KW - Momententensoren KW - Inversion KW - Baladeh KW - Iran KW - moment tensors KW - inversion KW - Baladeh KW - Iran Y1 - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-53982 ER - TY - THES A1 - Niederleithinger, Ernst T1 - Optimierung und Erweiterung der Parallel-Seismik-Methode zur Bestimmung der Länge von Fundamentpfählen T1 - Optimization and extension of the parallel seismic method for the determination of foundation pile length N2 - Das Parallel-Seismik-Verfahren dient vor allem der nachträglichen Längenmessung von Fundamentpfählen oder ähnlichen Elementen zur Gründung von Bauwerken. Eine solche Messung wird beispielsweise notwendig, wenn ein Gebäude verstärkt, erhöht oder anders als bisher genutzt werden soll, aber keine Unterlagen mehr über die Fundamente vorhanden sind. Das Messprinzip des schon seit einigen Jahrzehnten bekannten Verfahrens ist relativ einfach: Auf dem Pfahlkopf wird meist durch Hammerschlag eine Stoßwelle erzeugt, die durch den Pfahl nach unten läuft. Dabei wird Energie in den Boden abgegeben. Die abgestrahlten Wellen werden von Sensoren in einem parallel zum Pfahl hergestellten Bohrloch registriert. Aus den Laufzeiten lassen sich die materialspezifischen Wellengeschwindigkeiten im Pfahl und im Boden sowie die Pfahllänge ermitteln. Bisher wurde meist ein sehr einfaches Verfahren zur Datenauswertung verwendet, das die Länge der Pfähle systematisch überschätzt. In der vorliegenden Dissertation wurden die mathematisch-physikalischen Grundlagen beleuchtet und durch Computersimulation die Wellenausbreitung in Pfahl und Boden genau untersucht. Weitere Simulationen klärten den Einfluss verschiedener Mess- und Strukturparameter, beispielsweise den Einfluss von Bodenschichtung oder Fehlstellen im Pfahl. So konnte geklärt werden, in welchen Fällen mit dem Parallel-Seismik-Verfahren gute Ergebnisse erzielt werden können (z. B. bei Fundamenten in Sand oder Ton) und wo es an seine Grenzen stößt (z. B. bei Gründung im Fels). Auf Basis dieser Ergebnisse entstand ein neuer mathematischer Formalismus zur Auswertung der Laufzeiten. In Verbindung mit einem Verfahren zur Dateninversion, d. h. der automatischen Anpassung der Unbekannten in den Gleichungen an die Messergebnisse, lassen sich sehr viel genauere Werte für die Pfahllänge ermitteln als mit allen bisher publizierten Verfahren. Zudem kann man nun auch mit relativ großen Abständen zwischen Bohrloch und Pfahl (2 - 3 m) arbeiten. Die Methode wurde an simulierten Daten ausführlich getestet. Die Messmethode und das neue Auswerteverfahren wurden in einer Reihe praktischer Anwendungen getestet – und dies fast immer erfolgreich. Nur in einem Fall komplizierter Fundamentgeometrie bei gleichzeitig sehr hoher Anforderung an die Genauigkeit war schon nach Simulationen klar, dass hier ein Einsatz nicht sinnvoll ist. Dafür zeigte es sich, dass auch die Länge von Pfahlwänden und Spundwänden ermittelt werden kann. Die Parallel-Seismik-Methode funktioniert als einziges verfügbares Verfahren zur Fundamentlängenermittlung zugleich in den meisten Bodenarten sowie an metallischen und nichtmetallischen Fundamenten und kommt ohne Kalibrierung aus. Sie ist nun sehr viel breiter einsetzbar und liefert sehr viel genauere Ergebnisse. Die Simulationen zeigten noch Potential für Erweiterungen, zum Beispiel durch den Einsatz spezieller Sensoren, die zusätzliche Wellentypen empfangen und unterscheiden können. N2 - The Parallel Seismic (PS) method is used for determination of the unknown or undocumented depth/length of unknown foundations, mostly piles. Parallel Seismic is an established but rather not commonly used geophysical technique, which has been developed several decades ago. Currently, this method is standardized in France and included in the method catalog of the US FHWA. The principle behind PS is quite simple: an impulse is generated on top of the pile by a hammer stroke, generating elastic waves (mainly compressional) traveling downward through the pile. Due to the high impedance contrast between pile and soil, the main part of the energy remains in the pile, but some is transmitted as guided waves into the surrounding soil. After reaching the pile toe, transmitted/diffracted waves of nearly spherical front are generated. These waves are recorded by sensors (hydrophones or geophones) in a nearby borehole. From the first arrival times registered at the sensors, the apparent wave velocity is calculated, which is different above the pile toe (pile velocity) and below (soil velocity). In the conventional data analysis, the pile length is estimated based on the intersection of the two travel time branches, leading to a systematic overestimation of the length of the pile. This thesis provides a systematic treatise of the mathematical and physical foundations of wave propagation in piles and soil. Extensive numerical simulations and parametric studies have been carried out to investigate the nature of the wave-field and influence of measurement and structural parameters. The results revealed the range of applicability of Parallel Seismic, but also some limitations, e. g. in the case of rock socketed foundations or piles containing flaws. A new mathematical algorithm for data interpretation was developed based on the simulation results, which takes into account the soil layers and the borehole inclination. This novel data interpretation scheme was used in combination with different data inversion methods. A comparison of the results showed that the commonly used Levenberg-Marquardt type least squares approach gives sufficiently accurate estimations in most common scenarios. The VFSA (very fast simulated annealing) method offers some advantages (e. g. avoiding local minima under certain conditions) but is much more time consuming. The new interpretation method was successfully validated using several sets of simulated data. It proved to be not only more accurate than all other available methods, but also to extend the maximum allowable pile-borehole distance to 2 – 3 m. Besides the numerical study, several field investigations have been carried out for the purpose of this study and also in the framework of real world projects. The foundation types included secant pile walls and sheet piles. The method performed successfully in all cases but one: a highly accurate determination of the connection of a T-shaped footing. In this particular case, the inapplicability of the method was concluded after some preliminary simulations, thus avoiding unnecessary costs to the client. Performing simulations prior to the actual testing is recommended in dealing with all non-standard cases. Today, Parallel Seismic is the only method applicable on metallic and non metallic foundations which can be used without calibration. It has the largest range of all borehole methods. KW - Fundament KW - Pfahl KW - Zerstörungsfreie Prüfung KW - Parallel Seismik KW - Inversion KW - foundation KW - pile KW - non-destructive testing KW - parallel seismic KW - inversion Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-49191 ER - TY - INPR A1 - Böckmann, Christine A1 - Sarközi, Janos T1 - The ill-posed inversion of multiwavelength lidar data by a hybrid method of variable projection N2 - The ill-posed problem of aerosol distribution determination from a small number of backscatter and extinction lidar measurements was solved successfully via a hybrid method by a variable dimension of projection with B-Splines. Numerical simulation results with noisy data at different measurement situations show that it is possible to derive a reconstruction of the aerosol distribution only with 4 measurements. T3 - NLD Preprints - 53 KW - Ill-posed problem KW - inversion KW - variable projection method KW - multiwavelength Lidar KW - aerosol distribution Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14847 ER - TY - INPR A1 - Böckmann, Christine A1 - Biele, Jens A1 - Neuber, Roland A1 - Niebsch, Jenny T1 - Retrieval of multimodal aerosol size distribution by inversion of multiwavelength data N2 - The ill-posed problem of aerosol size distribution determination from a small number of backscatter and extinction measurements was solved successfully with a mollifier method which is advantageous since the ill-posed part is performed on exactly given quantities, the points r where n(r) is evaluated may be freely selected. A new twodimensional model for the troposphere is proposed. T3 - NLD Preprints - 38 KW - Multiwavelength LIDAR KW - aerosol size distribution KW - ill-posed problem KW - inversion KW - mollifier method KW - coated and absorbing aerosols Y1 - 1997 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-14360 ER -