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Erdbebenmodelle liefern über Jahre statistisch stimmige Tagesprognosen
Das Auftreten einzelner Erdbeben lässt sich nicht zuverlässig vorhersagen. Doch ein elfjähriger Praxistest in Kalifornien zeigt, dass bestimmte Modelle zumindest die Wahrscheinlichkeit künftiger Erdstöße für jeweils 24 Stunden statistisch stimmig beschreiben. Besonders nach starken Beben und bei der geografischen Verteilung zeigen die Verfahren noch Schwächen.
Bristol (England). Wann und wo sich die Erde als Nächstes heftig bewegt, lässt sich bislang nicht genau vorausberechnen. Für den Katastrophenschutz ist aber auch eine weniger präzise Frage wichtig, nämlich wie wahrscheinlich weitere Erdstöße in einer Region innerhalb eines begrenzten Zeitraums sind.
Solche Wahrscheinlichkeitsprognosen liefern weder eine feste Uhrzeit noch einen bestimmten Ort. Sie geben stattdessen für zahlreiche Teilgebiete an, wie viele Erdbeben verschiedener Stärken in den folgenden 24 Stunden statistisch zu erwarten sind. Wie zuverlässig diese Angaben über viele Jahre hinweg sind, lässt sich nur anhand vorher festgelegter und anschließend überprüfter Prognosen beurteilen.
Forscher der University of Bristol um Dr. José A. Bayona haben nun einen Datensatz ausgewertet, den das internationale Verbundprojekt Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability (CSEP) aufgebaut hat. Zwischen August 2007 und August 2018 lieferten 27 Modelle insgesamt 51.625 automatisch erstellte Prognosen für den jeweils folgenden Tag.
Die Modelle schätzten die Zahl künftiger Erdbeben, die möglichen Lagen ihrer Epizentren und die Verteilung ihrer Magnituden. Als Vergleich dienten 597 tatsächlich registrierte Erdbeben ab einer Magnitude von 3,95 und mit Herdtiefen von höchstens 30 Kilometern. Im Mittelpunkt der Auswertung standen 21 Modelle für diese Magnitudenschwelle, weitere sechs wurden ergänzend für stärkere Erdbeben untersucht.
Entscheidend ist, dass alle Tagesprognosen schon vor den später ausgewerteten Erdbeben automatisch erstellt wurden. Dadurch konnten die Modellberechnungen nicht nachträglich an Ereignisse angepasst werden, die zum Prognosezeitpunkt noch unbekannt waren.
Bei einem Test, der starke Schwankungen in der Erdbebenhäufigkeit berücksichtigt, waren 20 der 21 Modelle mit der beobachteten Gesamtzahl statistisch vereinbar. Ein enger gefasster Test auf Grundlage einer Poisson-Verteilung ließ hingegen nur zwei Modelle bestehen. Die unterschiedlichen Resultate zeigen, wie wichtig es ist, die natürliche zeitliche Häufung von Erdbeben bei der Bewertung zu berücksichtigen.
Die geografische Verteilung der Epizentren erfassten 15 der 21 Modelle in einer mit den Beobachtungen vereinbaren Weise. Bei der Häufigkeitsverteilung verschiedener Magnituden bestanden 20 Modelle auch einen ergänzenden, empfindlicheren Test. Eine solche Übereinstimmung bedeutet aber nicht, dass jedes einzelne Erdbeben richtig vorhergesagt wurde oder alle Modelle gleich nützlich sind.
Besonders verschiedene Versionen der Modellfamilien ETAS und STEP schnitten in mehreren Vergleichen gut ab. Diese Verfahren berücksichtigen, dass ein stärkerer Erdstoß eine zeitlich abklingende Folge weiterer Beben auslösen kann. Beim Vergleich der Verfahren ist allerdings zu beachten, dass einige nur für Teilregionen gerechnet wurden und nicht während des gesamten Untersuchungszeitraums in Betrieb waren.
Die Grenzen zeigten sich besonders an Tagen mit größeren Erdbeben, an denen die Vorhersagen die Zahl stärkerer Erdstöße zunächst unterschätzten. Nach dem El-Mayor-Cucapah-Beben vom April 2010 mit Magnitude 7,2 blieb die Zahl der registrierten Nachbeben in den ersten beiden Tagen höher als bei mehreren Modellen erwartet. Erst danach gelang es einzelnen Verfahren, den Anstieg der Aktivität ausreichend zu erfassen.