Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology

Aktuelle CEDIM-Projekte

Abschätzung von Erdbebenauswirkungen in nahezu Echtzeit

Erdbeben werden jeden Tag rund um den Globus verspürt. In einigen Fällen sind Schäden natürlich nicht zu vermeiden und gerade bei größeren Katastrophen ist es in den ersten Stunden oft schwierig abzuschätzen, wo groß das Schadensausmaß tatsächlich ist. Daher sind erste Abschätzungen der Erdbebenintensität äußerst wichtig um zu bestimmen wie schwer eine Region unter Umständen getroffen wurde und wie viele Menschen wie stark davon betroffen sind. Hierzu nutzen wir ein System zur Katastrophenkartographie um die Intensität von Erdbeben bereits kurz nach dem das es stattgefunden hat, abschätzen zu können. Diese Informationen können dann später zu Schadensschätzungen und Mitigationsmaßnahmen weitergenutzt werden.


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Auswirkungen extremer Naturereignisse auf Energie- Informations- und Mobilitätssysteme

 

Durch die zu erwartende Zunahme extremer Naturereignisse und die erheblichen potenziellen Effekte für die Gesellschaft, ist es unerlässlich die Auswirkungen extremer Naturereignisse für gegenwärtige und zukünftige Energie-, Mobilitäts- und Informationssysteme zu untersuchen. Durch den Netzwerkcharakter dieser Systeme können sich Störungen und Unterbrechungen darüber hinaus weit über den Ort der Entstehung einer Naturkatastrophe hinweg ausbreiten. Diese Kaskadeneffekte werden durch die starke Globalisierung und Vernetzung der Welt noch weiter verstärkt. Um diesen Aspekten Rechnung zu tragen werden innerhalb von zwei Teilmodellen die indirekten Auswirkungen von Naturkatastrophen untersucht. Unter Berücksichtigung globaler Abhängigkeiten werden so zum einen die Auswirkungen von Naturkatastrophen auf Supply Chains als auch die veränderte Mobilitätsnachfrage privater Haushalte nach einer Katastrophe untersucht.


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Energierisiken der Zukunft: Resilienz erneuerbarer und konventioneller Energiesysteme

Nach einer Katastrophe sind Energiesysteme der Schlüssel für den Wiederaufbau eines Standorts. Internet- sowie auch Telefonverbindung, Heizung, Kühlung, die Möglichkeit zu kochen und viele andere Dinge basieren auf einem Stromanschluss. Evakuierungsmaßnahmen, Betriebsunterbrechungen und direkte Schäden sind alle von der Verfügbarkeit der Energiesysteme abhängig. Eine Veränderung im System, sei es durch eine Naturkatastrophe, durch einen Anschlag oder durch andere Einflüsse, kann schwerwiegende Verzögerungen und Konsequenzen für Gesellschaft und Wirtschaft mit sich bringen, wie man 2011 in Tohoku gesehen hat. Durch die steigende Abhängigkeit der Welt von der Elektrizität wird ein potentieller flächendeckender Stromausfall während einer Katastrophe zu einem Risiko, das in der Zukunft immer mehr an Bedeutung gewinnt.

 

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Forensische Katastrophenanalysen
FDA

CEDIM hat mit den Forensischen Katastrophenanalysen (CEDIM Forensic Disaster Analysis, CEDIM FDA) zum Ende des Jahres 2011 einen neuen Typ von interdisziplinärer Forschung begonnen. In dem neuen Programm werden Katastrophen und ihre Auswirkungen ereignisnah analysiert. Der Fokus der CEDIM-Analysen liegt dabei auf den Interaktionen zwischen (1) dem Naturereignis, (2) den technischen Anlagen, Einrichtungen und kritischen Infrastrukturen und (3) den gesellschaftlichen Strukturen, institutionellen und Selbstschutzkapazitäten.

 

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Dams and Seismicity – Technologien für den sicheren und effizienten Betrieb von Wasserreservoiren (DAMAST)

Weltweit entstehen im Zuge der Einrichtung einer klimafreundlichen Energieversorgung neue Staudämme. Vielerorts gefährden natürliche oder induzierte Erdbeben insbesondere im Zusammenwirken mit anderen Extremereignissen wie Starkniederschlägen oder Hangrutschungen die Sicherheit eines Staudamms und damit auch die ortsansässige Bevölkerung. Im Projekt DAMAST (gefördert durch den BMBF) untersuchen deutsche, georgische und armenische Partner am Beispiel des Enguri Staudamms im Kaukasus die zugrundeliegenden Prozesse sowie sicherheitsrelevante Parameter von Wasserreservoiren. Das Vorhaben soll übertragbare Monitoringkonzepte für Stauanlagen in tektonisch aktiven Regionen entwickeln.

 

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Erfassung der Auswirkung von Dürren und Hitzewellen auf Wälder in Mitteleuropa

Infolge des fortschreitenden Klimawandels steigt weltweit die Häufigkeit von sommerlichen Dürre-Ereignissen. Durch die Kombination von Trockenstress und hohen Temperaturen kann es zu Schäden an Bäumen bis hin zu deren Absterben kommen. Die trockenen Sommer in den Jahren 2018 und 2019 haben den Wald in weiten Teilen Deutschlands stark geschädigt. Als Resultat dieser außergewöhnlich heißen und langen Dürre sind viele Millionen Bäume frühzeitig verendet, verbunden mit hohen finanziellen Einbußen für Waldeigentümer. Die potenziell betroffene Fläche in Deutschland – und letztendlich weltweit – ist beträchtlich und mit bodengestützten Methoden nur schwer oder gar nicht untersuchbar. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, ein System zu entwickeln, mit welchem Schäden an Wäldern in großen und teilweise abgelegenen Gebieten identifiziert und quantifiziert werden können.

 

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ZEBBRA: Eventbasierte Zustandserfassung und –bewertung von Brücken basierend auf Radar-Sensorik in Kombination mit intelligenten Algorithmen

 

Die zunehmende Belastung der Verkehrsinfrastruktur durch PKW- und Schwerlastverkehr sowie Alterungsprozesse führen zu Nutzungseinschränkungen und zu volkswirtschaftlichen Schäden durch Staus und Ausweichverkehr. Die knapp 40.000 Brücken im deutschen Bundesfernstraßennetz sind ein wichtiger Teil der kritischen Verkehrsinfrastruktur. Da Schäden an der Bauwerkssubstanz im frühen Stadium kaum zu erkennen sind, bleibt der tatsächliche Zustand einer Brücke lange unbestimmt.

Das Ziel des ZEBBRA-Projektes ist die Erarbeitung eines non-invasiven, mobilen und innovativen Mess- und Methodenansatzes, um den Brückenzustand während des „laufenden Betriebs“ zu erfassen und zu bewerten. Die Basis dieses Ansatzes bildet der Einsatz von bodengestützten und hochpräzisen Radarmesssystemen, welche die durch Überfahrt von Fahrzeugen hervorgerufenen Brückenschwingungen messen. In Kombination mit intelligenten Algorithmen werden diese Daten ausgewertet und eine Bewertung des Zustandes durchgeführt.

 

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Globales Tsunami Risiko Modell

Spätestens seit den verheerenden Katastrophen von Sumatra in 2004 und Japan in 2011 ist man sich des globalen Einflusses von Tsunamis wieder bewusst geworden. Die Quantifizierung von Tsunami-Risiken gestaltet sich hierbei als komplex und vielschichtig. In den letzten 20 Jahren entstanden weltweit verschiedene, meist lokale Modelle zur Berechnung der Gefahren und Risiken von Tsunamis, doch diese unterscheiden sich meist massiv in Bezug auf Methoden, Daten und Auswertung. Daher wird im Rahmen dieses Projektes eines der ersten global vereinheitlichten Tsunami Risiko Modelle entwickelt.

 

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HI-CAM: Urbane Sturzfluten und Kläranlagen

Das Projekt “Urban flash floods and sewerage” im Rahmen der Helmholtz-Klimainitiative "Anpassung und Vermeidung" (HI-CAM) untersucht die gesamte Prozesskette: Von extremen Niederschlag-Szenarien, dem seriellen Auftreten konvektiver Starkniederschlagsereignisse und Überschwemmungen bis hin zu den daraus resultierenden Schäden an Infrastrukturen und den Folgen für die Wasserqualität. Für eine ausgewählte Stadt wird auf Basis von Stations- und Radardaten die Häufigkeit und Intensität konvektiver Ereignisse statistisch untersucht. Der Fokus liegt dabei auf quasi-stationären konvektiven Ereignissen, die lokal zu sehr hohen Niederschlagakkumulationen führen. Die obere Grenze der möglichen Niederschlagsmenge wird durch räumliches Verschieben extremer Niederschläge in die Untersuchungsregion abgeschätzt. Erwartete Änderungen des Niederschlags in der Zukunft werden mit einem Ensemble hochaufgelöster regionaler Klimamodelle quantifiziert. Zusätzlich werden Zusammenhänge des seriellen Auftretens von Starkniederschlagsereignissen und dynamischen Vorgängen auf der großräumigen Skala der Atmosphäre, wie atmosphärisches Blocking oder Telekonnektionen, untersucht. Schließlich wird anhand von Klimamodelldaten analysiert, wie sich diese Bedingungen in der Zukunft verändern werden.

 

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Resilienz städtischer Infrastrukturen im Wandel der Zeit

Das Wohl moderner Gesellschaften hängt im hohen Maße von der Funktionsfähigkeit Kritischer Infrastrukturen (KRITIS), wie die Energie- und Wasserversorgung, Transport- und Verteilungssysteme, ab. Aus diesem Grund ist es wünschenswert ein tiefes Verständnis darüber zu erhalten, wie sich Störungen von KRITIS, z.B. verursacht durch Extremwetterereignisse oder Terroranschläge, auf die Vulnerabilität einer Stadt auswirken – heute und in der Zukunft. Das Aufdecken versteckter oder zunächst unterschätzter Abhängigkeiten könnte dabei helfen, erweiterte Strategien für das Krisenmanagement und Design-Vorlagen für robuste KRITIS-Entwicklungen zu identifizieren. Für diesen Zweck scheint der agentenbasierte Ansatz, bei dem KRITIS-Einrichtungen oder KRITIS-Komponenten als Agenten modelliert werden, der Vielversprechendste zu sein.


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Schadensanalyse bei Erdbeben

Auf der Basis des schnellen Internet-basierten Informationsflusses - insbesondere durch earthquake-report.com - sowie mit Daten aus der CATDAT Datenbasis, der weltweit umfangreichsten Sammlung von Erdbebenschadensdaten, sowie Methoden der Indikatoranalyse werden strukturierte Analysen von Schäden vorgenommen, die dann mit anderen Ereignissen verglichen werden. Diese Analyse erfolgt global, wobei die Vergleiche mit anderen Ereignissen anhand von tektonischen, regionalen oder sozioökonomischen Charakteristika erfolgen. 


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Vulnerabilität und Resilienz der kritischen Infrastruktur am Beispiel von Chile

 

Naturgefahren wie Erdbeben, Tsunamis oder Überflutungen gefährden die Straßeninfrastruktur und damit die Gesellschaft. Im CEDIM geförderten KRITIS-Verbundprojekt untersuchen Forscherinnen und Forscher zum einen mit Hilfe qualitativer/quantitativer Sozialforschung das Evakuierungsverhalten einer betroffenen Gesellschaft. Hierzu werden u.a. spezifische lokale Daten in ausgewählten Untersuchungsgebieten in Zentralchile mittels Experteninterviews, Fokusgruppeninterviews und standardisierten Fragebögen erhoben. Zum anderen wird ein generisches Konzept zur Analyse der Vulnerabilität von Straßeninfrastruktur im Kontext von Naturgefahren modelliert. Dieses ist modular aufgebaut und modelliert in seinem Basismodul zunächst die Erreichbarkeit von Notfalleinrichtungen anhand einer Index-Berechnung. Die aus den Feldforschungsaufenthalten gewonnen sozialwissenschaftlichen Parameter werden in weitere Module integriert, so dass das Modell die regionalen Gegebenheiten detaillierter abbilden kann.


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Wettergefahren-Frühwarnung

Der Internet-Informationsdienst "Wettergefahren- Frühwarnung" informiert über bevorstehende oder gerade auftretende extreme Wetterereignisse. Die Webseiten sind tagesaktuell, ständig verfügbar und werden bei Bedarf auch mehrmals täglich aktualisiert. Der Routinebetrieb begann am 1. Februar 2004 und wurde kontinuierlich aufrecht erhalten. Zwar liegt das Hauptaugenmerk auf den Vorgängen in Mitteleuropa, doch bleiben z.B. selbst Überschwemmungen durch starke Monsunregen in Südostasien oder ungewöhnlich heftige Wintereinbrüche auf Neuseeland nicht unberücksichtigt.


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Willis Hail Hazard Assessment

Für Europa wurde ein stochastisches Modell zur Beschreibung von Häufigkeit, Ausmaß und Schwere von Hagelereignissen erstellt. Eine Version für den australischen Kontinent wird derzeit entwickelt. Die Forschung am KIT konzentriert sich auf die Gefahrenkomponente des Risikomodells.
Daten der zweiten Generation europäischer Wettersatelliten (METEOSAT Second Generation, MSG) und des japanischen MT-SAT-Satelliten werden verwendet, um schwere, hagelerzeugende Gewitter zu identifizieren. Die Methode liefert einen räumlich homogenen Ereignisdatensatz, der über Zeiträume von mehr als einem Jahrzehnt jeweils den gesamten Kontinent abdeckt. Stochastische Modellierung der Häufigkeit, Länge, Breite und Schwere von Hagelereignissen erlaubt es dann, eine große Anzahl potenzieller Hagelstürme zu erzeugen, die in einem Zeitraum von mehreren tausend Jahren erwartet werden. Diese Ereignisdatensätze können dann mit Versicherungsportfolios kombiniert werden, um Schadensummen für bestimmte Wiederkehrperioden zu schätzen. Ziel des Projekts ist es auch ein besseres Verständnis des Zusammenhangs zwischen der Stärke der Konvektion und der Bildung von Hagel, und allgemeiner der vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen bei der Entstehung von Hagelereignissen. Mehrere weitere Datenquellen einschließlich von Klimamodellen werden in diesem Zusammenhang einbezogen.


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