Seismologie und Geodynamik in der Schweiz: Was kann GNSS beitragen?
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- Hermann Stieber
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1 Seismologie und Geodynamik in der Schweiz: Was kann GNSS beitragen? Markus Rothacher und Simon Häberling Institut für Geodäsie und Photogrammetrie, ETH Zürich
2 Motivation: Erdbeben Basel 1356 (Karl Jauslin) Kolloquium swisstopo
3 Übersicht Motivation Drei Beiträge von GNSS (1) Geodynamik und Spannungen aus GNSS (2) Verschiebungen bei grossen Erdbeben (3) GNSS-Seismologie und Rütteltischtests Erdbeben in der Schweiz Zukünftige Entwicklungen Kolloquium swisstopo
4 Geodynamik und Spannungen aus GNSS Kolloquium swisstopo
5 Data: Brockmann, swisstopo CHTRF 2010 (Horizontale Geschwindigkeiten) Zimm 1 mm / a CHTRF 2010 Geschwindigkeiten relativ zu Zimmerwald Kolloquium swisstopo
6 Data: Schlatter, swisstopo Nivellement-Daten (Hebungsraten) Aarburg 1 mm / a Nivellement-Daten (relativ zu Aarburg) Kolloquium swisstopo
7 2D-Strain: auf den Bruch projiziert Scherspannung [Kastrup 2007, Geophys. J. Int.] Normalspannung Kolloquium swisstopo
8 Verwerfungsebenen (fault planes) aus GNSS [SED, Medienkonferenz : Geothermie St. Gallen] Kolloquium swisstopo
9 Animation Kolloquium swisstopo
10 Verschiebungen bei grossen Erdbeben Kolloquium swisstopo
11 GNSS-Verschiebungen bei grossen Erdbeben Erdbeben in Chile, 27. Feb (DGFI) in Sumatra, Dec. 24, 2004 (GFZ) in Sendai, 11. März 2011 (NASA) Kolloquium swisstopo
12 Regionale Verdichtung mit GNSS: Sumatra-Beben Koseismische Verschiebung mit GPS: Erdbeben vom 26. Dezember 2004 Erdbeben vom 28. März 2005 Sumatra, Banda Aceh: Mit GNSS gemessene Verschiebungen geben wichtige Information für das Modellieren des Bruchprozesses Heute ist eine Überwachung der Verschiebungen in nahezu Echtzeit möglich. In Zukunft: dichte GNSS- Netze mit Echtzeit Überwachung Kolloquium swisstopo
13 Erdbebenmagnitude aus GNSS-Verschiebungen (Blewitt et al., 2006) Blau: alle Stationen, Grün: ohne SAMP (300 km), Rot: ohne SAMP und NTUS (900 km), gestrichelt: 95% Konfidenzlinie Wichtiger Beitrag von GNSS zur raschen Bestimmung (15 Min) der Erdbebenmagnitude bei grossen Erdbeben Kolloquium swisstopo 13
14 GNSS-Seismologie Kolloquium swisstopo
15 Tohoku-Oki Erdbeben: Erdbebenwellen aus GPS-Daten ~850 GPS- Statonen verarbeiteti GPS detektiert P-Wellen Ausbreitungszeit [Sekunden] Ausbreitungsgeschwind. [km/sek.] Kolloquium swisstopo
16 Beispiel: GPS bestimmte Erdbeben-Bewegungen 23 Minuten Genauigkeit: Horizontal: ~2 mm Vertikal: ~6-8 mm Nord Ost Höhe Erde immer noch in Bewegung Zeit [s] Kolloquium swisstopo
![Zeit seit dem Ereignis [min] Tohoku-Oki: Verschiebung in Ost-Richtung](/docs-images/70/63266554/images/17-0.jpg "S-Wellen P-Wellen Distanz vom Epizentrum [km] Kolloquium swisstopo 25.11.")
17 Zeit seit dem Ereignis [min] Tohoku-Oki: Verschiebung in Ost-Richtung S-Wellen P-Wellen Distanz vom Epizentrum [km] Kolloquium swisstopo
18 Tohoku-Oki: Erdbebenwellen und Verschiebungen mit GPS Horizontale Bewegung Vertikale Bewegung GPS 1-Sekunden-Messungen des Tohoku-Oki Erdbebens
19 Rütteltischversuche Kolloquium swisstopo
20 Validierung GNSS-Seismologie: Rütteltisch-Experiment Kolloquium swisstopo
21 Koordinatenrauschen für kurze/lange Basislinien L c -Koordinaten (Nordkomponente, ionosphären-frei) Tropo 100 s Multipath 1 s Carrier phase jitter (thermal noise) 110 km Basislinie 10 m Basislinie Null-Basislinie Kolloquium swisstopo
![Verschiebung [mm] Verschiebung [mm] Rütteltisch- Resultate: 100 Hz Messungen 20 sec 12 cm «Wahre» Beweg.](/docs-images/70/63266554/images/22-0.jpg ": induktiver Sensor GPS mit 100 Hz Realistisches Erdbeben, M = 6.")
22 Verschiebung [mm] Verschiebung [mm] Rütteltisch- Resultate: 100 Hz Messungen 20 sec 12 cm «Wahre» Beweg.: induktiver Sensor GPS mit 100 Hz Realistisches Erdbeben, M = 6.0, in der Schweiz 2 cm Schwingung mit 2 Hz, 1 cm Amplitude mit Seismologen Kolloquium swisstopo
23 Simulierte Sinusschwingungen: Bandweite der Tracking Loops Inductive transducers 10 Hz BL 50 Hz BL no frequency shifts Kolloquium swisstopo
24 CA/L1: Empfänger-Reaktion - Signalamplitude Amplitude overestimation PLL Model 50 Hz B L 25 Hz B L Amplitude damping 10 Hz B L Seismometer response Kolloquium swisstopo
25 CA/L1: Empfänger-Reaktion - Signalphase PLL Model 10 Hz B L 25 Hz B L 50 Hz B L Kolloquium swisstopo
26 Modell-Validierung Transient Response 10 Hz BL Ground-truth Model 50 Hz BL Ground-truth Model Kolloquium swisstopo
27 Amplitudenfehler [%] Sind GNSS-Empfänger für alle Zwecke geeignet? Rütteltischresultate: Amplituden bei Sinusschwingungen Beschleunigung [m/s 2 ] Bedeutende Amplitudenfehler für alle Empfängertypen GNSS-Empfänger speziell einstellen (tracking loops) Kolloquium swisstopo
28 Erdbeben in der Schweiz Kolloquium swisstopo
29 Tohoku-Oki Erdbeben in der Schweiz (GPS) Kolloquium swisstopo
30 Synthetisches M5.0 Erdbeben in der Schweiz Kolloquium swisstopo
31 GPS-Resultate: Zeitserie der Koordinaten Kolloquium swisstopo
32 GPS-Resultate: Zeitserie der Koordinaten (Zoom) Kolloquium swisstopo
33 GPS-Resultate: Frequenzspektrum Kolloquium swisstopo
34 Erfassung kleinerer Erdbeben mit GNSS in der Schweiz GPS in Real-Time (Michel et al., 2016) GPS im Post-Processing Kolloquium swisstopo
35 Erfassung kleinerer Erdbeben mit GNSS Verschiebung abhängig von Frequenz, Magnitude, Distanz vom Epizentrum (Clinton et al., 2007) Kolloquium swisstopo
36 Zukünftige Entwicklungen Kolloquium swisstopo
37 Einbindung von GNSS in die Erdbebenwarnung Kolloquium swisstopo
38 Einbindung von GNSS in die Erdbebenwarnung Kolloquium swisstopo
39 Schlussfolgerungen Die GNSS-Geschwindigkeiten im LV95-Netz können erfolgreich für die Berechnung der Spannungen (strain rates) in der Schweiz verwendet werden GNSS-Verschiebungen können zur Bestimmung der Erdbebencharakteristika herangezogen werden (insbesondere bei grossen Erdbeben) GNSS-Seismologie eröffnet die Möglichkeit, die Erdbebenbewegungen direkt zu messen. Tracking Loops des GNSS-Empfängers wichtig Bestrebungen in der Schweiz, GNSS-Zeitreihen als Information für grössere Erdbeben zu nutzen Kolloquium swisstopo
40 Danke für die Aufmerksamkeit! Kolloquium swisstopo
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