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Was verbirgt sich hinter dem Forschungsfeld “Modellierung von Extremereignissen”?

Die Projekte, die dieses Forschungsfeld auf dem Symposium “Extreme Events” Mitte Februar in Hannover vertreten werden, stellen diverse Aspekte sowohl der Modellierungsmethoden als auch der untersuchten Extremereignisse dar. So wird mit stochastischen Modellen das Auftreten von extremen Niederschlägen erklärt, mittels Laborexperimenten und Vergleichen mit mathematischen Modellen die Selbstentzündung von Lithium-Batterien studiert oder mit Hilfe gekoppelter deterministischer Computersimulationen die Ausprägung von extremen Tsunami-Ereignissen untersucht. Allen diesen Forschungsprojekten gemeinsam ist die Anwendung von mathematischen Modellen als Erklärungshilfe für extrem seltene Ereignisse mit extremen Auswirkungen.

Wer kann mit den Ergebnissen etwas anfangen und für welche Zwecke?

Der Nutzen dieser Forschungsprojekte ist so vielfältig wie die Projekte selbst. Nehmen wir z.B. das Erdbeben und den anschließenden Tsunami, der vor zwei Jahren in Japan verheerende Schäden angerichtet und sogar zur Atomkatastrophe von Fukushima geführt hat. Hier waren Fachleute überrascht vom Ausmaß des Erdbebens und der Wellenhöhe. Heute verstehen wir schon besser, welche Bruchmechanismen in der Erdkruste zu sehr großen Wellen führen. Das erlaubt uns genauere Projektionen, die wiederum der Gefahrenabschätzung, der Vorbereitung auf und dem Schutz vor solchen Ereignissen dienen.

Wie präzise können Vorhersagen über Katastrophen wie Erdbeben oder Tsunamis auf Grundlage der Computermodelle gemacht werden?

Die Vorhersage von Erdbeben wird auch in absehbarer Zeit nicht möglich sein. Allerdings erlauben uns die neuen Modelle eine deutlich verbesserte Abschätzung des potentiellen Verhaltens. Denn jetzt können mehr relevante Prozesse in der Simulation berücksichtigt werden, beispielsweise die Bruchmechanik in der Erdkruste, die Wellenausbreitung in der Wassersäule und die Auflaufprozesse an Land. Doch kommt es nicht nur darauf an, das einzelne Ereignis genau zu berechnen, sondern auch die Eintrittshäufigkeit abzuschätzen. Auch hier ist die Modellierung hilfreich, da sie uns eine Art virtuelles Labor zur Verfügung stellt, mit dem wir viele solcher Extremereignisse im Modell erzeugen können.

Welche Hürden gibt es bei der Modellierung von Extremereignissen?

Die Schwierigkeiten sind immer noch vielfältig. Die statistischen Methoden für extreme Ereignisse sind noch immer nicht so weit entwickelt, dass sie für alle Fälle zuverlässig arbeiten. Für die deterministische Modellierung fehlen uns häufig noch ganz grundlegende Kenntnisse: Viele der Prozess-Wechselwirkungen, beispielsweise der Bruchmechanik und der Wellenanregung bei Tsunamibeben, sind noch nicht verstanden und können auch noch nicht mathematisch in die Modellbildung integriert werden. Darüber hinaus fehlen häufig Daten von Extremereignissen, da sie extrem selten auftreten.