TY - THES A1 - Zöller, Gert T1 - Analyse raumzeitlicher Muster in Erdbebendaten N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Seismizität anhand von Erdbebenkatalogen. Es werden neue Verfahren der Datenanalyse entwickelt, die Aufschluss darüber geben sollen, ob der seismischen Dynamik ein stochastischer oder ein deterministischer Prozess zugrunde liegt und was daraus für die Vorhersagbarkeit starker Erdbeben folgt. Es wird gezeigt, dass seismisch aktive Regionen häufig durch nichtlinearen Determinismus gekennzeichent sind. Dies schließt zumindest die Möglichkeit einer Kurzzeitvorhersage ein. Das Auftreten seismischer Ruhe wird häufig als Vorläuferphaenomen für starke Erdbeben gedeutet. Es wird eine neue Methode präsentiert, die eine systematische raumzeitliche Kartierung seismischer Ruhephasen ermöglicht. Die statistische Signifikanz wird mit Hilfe des Konzeptes der Ersatzdaten bestimmt. Als Resultat erhält man deutliche Korrelationen zwischen seismischen Ruheperioden und starken Erdbeben. Gleichwohl ist die Signifikanz dafür nicht hoch genug, um eine Vorhersage im Sinne einer Aussage über den Ort, die Zeit und die Stärke eines zu erwartenden Hauptbebens zu ermöglichen. KW - Erdbeben KW - nichtlineare Dynamik Y1 - 1999 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0000122 ER - TY - THES A1 - Zöller, Gert T1 - Critical states of seismicity : modeling and data analysis T1 - Kritische Zustände seismischer Dynamik : Modellierung und Datenanalyse N2 - The occurrence of earthquakes is characterized by a high degree of spatiotemporal complexity. Although numerous patterns, e.g. fore- and aftershock sequences, are well-known, the underlying mechanisms are not observable and thus not understood. Because the recurrence times of large earthquakes are usually decades or centuries, the number of such events in corresponding data sets is too small to draw conclusions with reasonable statistical significance. Therefore, the present study combines both, numerical modeling and analysis of real data in order to unveil the relationships between physical mechanisms and observational quantities. The key hypothesis is the validity of the so-called "critical point concept" for earthquakes, which assumes large earthquakes to occur as phase transitions in a spatially extended many-particle system, similar to percolation models. New concepts are developed to detect critical states in simulated and in natural data sets. The results indicate that important features of seismicity like the frequency-size distribution and the temporal clustering of earthquakes depend on frictional and structural fault parameters. In particular, the degree of quenched spatial disorder (the "roughness") of a fault zone determines whether large earthquakes occur quasiperiodically or more clustered. This illustrates the power of numerical models in order to identify regions in parameter space, which are relevant for natural seismicity. The critical point concept is verified for both, synthetic and natural seismicity, in terms of a critical state which precedes a large earthquake: a gradual roughening of the (unobservable) stress field leads to a scale-free (observable) frequency-size distribution. Furthermore, the growth of the spatial correlation length and the acceleration of the seismic energy release prior to large events is found. The predictive power of these precursors is, however, limited. Instead of forecasting time, location, and magnitude of individual events, a contribution to a broad multiparameter approach is encouraging. N2 - Das Auftreten von Erdbeben zeichnet sich durch eine hohe raumzeitliche Komplexität aus. Obwohl zahlreiche Muster, wie Vor- und Nachbeben bekannt sind, weiß man wenig über die zugrundeliegenden Mechanismen, da diese sich direkter Beobachtung entziehen. Die Zeit zwischen zwei starken Erdbeben in einer seismisch aktiven Region beträgt Jahrzehnte bis Jahrhunderte. Folglich ist die Anzahl solcher Ereignisse in einem Datensatz gering und es ist kaum möglich, allein aus Beobachtungsdaten statistisch signifikante Aussagen über deren Eigenschaften abzuleiten. Die vorliegende Arbeit nutzt daher numerische Modellierungen einer Verwerfungszone in Verbindung mit Datenanalyse, um die Beziehung zwischen physikalischen Mechanismen und beobachteter Seismizität zu studieren. Die zentrale Hypothese ist die Gültigkeit des sogenannten "kritischen Punkt Konzeptes" für Seismizität, d.h. starke Erdbeben werden als Phasenübergänge in einem räumlich ausgedehnten Vielteilchensystem betrachtet, ähnlich wie in Modellen aus der statistischen Physik (z.B. Perkolationsmodelle). Es werden praktische Konzepte entwickelt, die es ermöglichen, kritische Zustände in simulierten und in beobachteten Daten sichtbar zu machen. Die Resultate zeigen, dass wesentliche Eigenschaften von Seismizität, etwa die Magnitudenverteilung und das raumzeitliche Clustern von Erdbeben, durch Reibungs- und Bruchparameter bestimmt werden. Insbesondere der Grad räumlicher Unordnung (die "Rauhheit") einer Verwerfungszone hat Einfluss darauf, ob starke Erdbeben quasiperiodisch oder eher zufällig auftreten. Dieser Befund zeigt auf, wie numerische Modelle genutzt werden können, um den Parameterraum für reale Verwerfungen einzugrenzen. Das kritische Punkt Konzept kann in synthetischer und in beobachteter Seismizität verifiziert werden. Dies artikuliert sich auch in Vorläuferphänomenen vor großen Erdbeben: Die Aufrauhung des (unbeobachtbaren) Spannungsfeldes führt zu einer Skalenfreiheit der (beobachtbaren) Größenverteilung; die räumliche Korrelationslänge wächst und die seismische Energiefreisetzung wird beschleunigt. Ein starkes Erdbeben kann in einem zusammenhängenden Bruch oder in einem unterbrochenen Bruch (Vorbeben und Hauptbeben) stattfinden. Die beobachtbaren Vorläufer besitzen eine begrenzte Prognosekraft für die Auftretenswahrscheinlichkeit starker Erdbeben - eine präzise Vorhersage von Ort, Zeit, und Stärke eines nahenden Erdbebens ist allerdings nicht möglich. Die genannten Parameter erscheinen eher vielversprechend als Beitrag zu einem umfassenden Multiparameteransatz für eine verbesserte zeitabhängige Gefährdungsabschätzung. KW - Seismizität KW - Erdbebenvorhersage KW - statistische Physik KW - mathematische Modellierung KW - Datenanalyse KW - seismicity KW - earthquake prediction KW - statistical physics KW - mathematical modeling KW - data analysis Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7427 ER - TY - GEN A1 - Laudan, Jonas A1 - Zöller, Gert A1 - Thieken, Annegret T1 - Flash floods versus river floods BT - a comparison of psychological impacts and implications for precautionary behaviour T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - River floods are among the most damaging natural hazards that frequently occur in Germany. Flooding causes high economic losses and impacts many residents. In 2016, several southern German municipalities were hit by flash floods after unexpectedly severe heavy rainfall, while in 2013 widespread river flooding had occurred. This study investigates and compares the psychological impacts of river floods and flash floods and potential consequences for precautionary behaviour. Data were collected using computer-aided telephone interviews that were conducted among flood-affected households around 9 months after each damaging event. This study applies Bayesian statistics and negative binomial regressions to test the suitability of psychological indicators to predict the precaution motivation of individuals. The results show that it is not the particular flood type but rather the severity and local impacts of the event that are crucial for the different, and potentially negative, impacts on mental health. According to the used data, however, predictions of the individual precaution motivation should not be based on the derived psychological indicators – i.e. coping appraisal, threat appraisal, burden and evasion – since their explanatory power was generally low and results are, for the most part, non-significant. Only burden reveals a significant positive relation to planned precaution regarding weak flash floods. In contrast to weak flash floods and river floods, the perceived threat of strong flash floods is significantly lower although feelings of burden and lower coping appraisals are more pronounced. Further research is needed to better include psychological assessment procedures and to focus on alternative data sources regarding floods and the connected precaution motivation of affected residents. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 968 KW - private households KW - risk perceptions KW - extreme rainfall KW - health KW - mitigation KW - Germany KW - people KW - damage KW - preparedness KW - residents Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-473974 SN - 1866-8372 IS - 968 SP - 999 EP - 1023 ER - TY - GEN A1 - Wang, Lifeng A1 - Zöller, Gert A1 - Hainzl, Sebastian T1 - Joint determination of slip and stress drop in a Bayesian inversion approach: BT - a case study for the 2010 M8.8 Maule earthquake T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Stress drop is a key factor in earthquake mechanics and engineering seismology. However, stress drop calculations based on fault slip can be significantly biased, particularly due to subjectively determined smoothing conditions in the traditional least-square slip inversion. In this study, we introduce a mechanically constrained Bayesian approach to simultaneously invert for fault slip and stress drop based on geodetic measurements. A Gaussian distribution for stress drop is implemented in the inversion as a prior. We have done several synthetic tests to evaluate the stability and reliability of the inversion approach, considering different fault discretization, fault geometries, utilized datasets, and variability of the slip direction, respectively. We finally apply the approach to the 2010 M8.8 Maule earthquake and invert for the coseismic slip and stress drop simultaneously. Two fault geometries from the literature are tested. Our results indicate that the derived slip models based on both fault geometries are similar, showing major slip north of the hypocenter and relatively weak slip in the south, as indicated in the slip models of other studies. The derived mean stress drop is 5-6 MPa, which is close to the stress drop of similar to 7 MPa that was independently determined according to force balance in this region Luttrell et al. (J Geophys Res, 2011). These findings indicate that stress drop values can be consistently extracted from geodetic data. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 888 KW - stress drop KW - fault slip KW - Bayesian KW - geodetic measurements Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-435511 SN - 1866-8372 IS - 888 SP - 375 EP - 388 ER -