Berechnung im Super-Computer 13.05.2014, 11:08 Uhr

3D-Simulator will Zerstörungen durch Tsunami-Wellen an Land vorhersagen

Der japanische Computerhersteller Fujitsu hat gemeinsam mit der Universität Tohoku einen Simulator entwickelt, der Aufbau und Verlauf von Tsunamis vorherberechnen kann. Die neue Simulationstechnik kombiniert dabei die 2D-Technologie mit einem 3D-Flüssigsimulator. Das ermöglicht deutlich präzisere Vorhersagen von Tsunami-Schäden an Land.

Fischerboote, die durch den japanischen Tsunami am 11. März 2011 an Land geschoben wurden: Der japanische Computerhersteller Fujitsu und die Universität Tohoku haben jetzt einen Simulator entwickelt, der den Verlauf einer Tsunamie-Welle an Land vorhersagen will.

Fischerboote, die durch den japanischen Tsunami am 11. März 2011 an Land geschoben wurden: Der japanische Computerhersteller Fujitsu und die Universität Tohoku haben jetzt einen Simulator entwickelt, der den Verlauf einer Tsunamie-Welle an Land vorhersagen will.

Foto: dpa

Japanische Forscher arbeiten seit der schweren Tsunami-Katastrophe 2011 intensiv an der Vorhersage von Tsunami-Schäden an Land. Während Deutschland und Indonesien ein Frühwarnsystem für den Indischen Ozean aufbauen und dabei beispielsweise Bojen im Meer und Sensoren am Meeresboden installieren, will Japan den Verlauf von Tsunami-Wellen an Land besser verstehen, um deren Zerstörungswirkung auf ein bestimmtes Gebiet besser vorhersagen zu können.

Simulation einer Tsunami-Welle an Land: Eine neue 3D-Technik des Computerherstellers  Fujitsu will den Verlauf einer Tsunami-Welle auch an Land und damit die genauen Zerstörungen vorhersagen.

Simulation einer Tsunami-Welle an Land: Eine neue 3D-Technik des Computerherstellers  Fujitsu will den Verlauf einer Tsunami-Welle auch an Land und damit die genauen Zerstörungen vorhersagen.

Foto: Fujitsu

Bessere Tsunami-Vorhersage mit Supercomputern

Dabei spielen die Küstenformation und der Verlauf des Meeresbodens einschließlich der Wassertiefe eine große Rolle. Dazu haben der japanische Computerhersteller Fujitsu und die Universität Tohoku die bereits bekannte 2D-Technik, die berechnet, welche Flächen voraussichtlich von Wasser bedeckt sein werden, mit der 3D-Technik kombiniert, die auch die Wasserhöhe vorhersagen will.

Satellitenbild des Tsunamis am 26.12.2004 vor Sumatra: Deutlich zu sehen ist, wie sich das Wasser zunächst zurückzieht, um dann mit Gewalt das Land zu überschwemmen.

Satellitenbild des Tsunamis am 26.12.2004 vor Sumatra: Deutlich zu sehen ist, wie sich das Wasser zunächst zurückzieht, um dann mit Gewalt das Land zu überschwemmen.

Foto: Geomar/Satellite Imaging Corporation

Fujitsus 3D-Flüssigsimulation nutzt nun eine hydrodynamische Technik, die das dreidimensionale Verhalten von Wasser, beispielsweise brechende Wellen und das Überfließen von Wassersperren, berechenbar macht.

Der 3D-Simulator kann den Verlauf von Tsunami-Wellen vom Ursprung eines Erdbebens bis zum Auftreffen an der Küste nachbilden. Der Computer berechnet den Wasseranstieg für städtische Gebiete und in Flüssen als Folge einer Tsunami-Welle im Detail. Die Simulationstechnik berücksichtig dabei das Zusammenspiel des Tsunamis und der Topografie an der Küste und in urbanen Gebieten.

3D-Simulation einer Tsunami-Welle.

3D-Simulation einer Tsunami-Welle.

Foto: Universität Tohoku

Hochkomplexe Berechnungen des Zerstörungsverlaufes

Problematisch war bisher der hohe Rechenaufwand, den eine Simulation von Wasserwellen über ein weites Gebiet von der Tsunami-Quelle bis zur Küste erfordert. Für die Verbesserung der Vorhersage wurden die beiden Methoden der 2D- und 3D-Simulation verbunden. Dabei werden Daten bezüglich Wellenhöhe und Tsunami-Geschwindigkeit aus der 2D-Berechnung in das 3D-System eingespeist und vom 3D-Simulator weiterverarbeitet. Da die Berechnung des Tsunami-Verlaufs im Wasser vom Rechenaufwand her weniger anspruchsvoll ist, wird die 3D-Kalkulation erst ab dem Zeitpunkt des Erreichens der Küste angesetzt.

Die zerstörte Küstenstadt Kisenuma nach dem japanischen Tsunami am 11. März 2011: Mit neuen Techniken wollen japanische Forscher den Verlauf von Tsunami-Wellen besser vorhersagen.

Die zerstörte Küstenstadt Kisenuma nach dem japanischen Tsunami am 11. März 2011: Mit neuen Techniken wollen japanische Forscher den Verlauf von Tsunami-Wellen besser vorhersagen.

Foto: dpa

Die Verkürzung der Berechnungsdauer ist entscheidend, da selbst die neuesten Supercomputer-Systeme laut Fujitsu bis zu 200 Jahre benötigen würden, um den Tsunami-Verlauf von der Quelle im Meer bis zu allen Küstenschäden wirklich im Detail zu berechnen. Der neue Simulator kann den Verlauf einer breiten Tsunami-Welle nach Angaben der Entwickler über 10 Quadratkilometer innerhalb von 160 Stunden berechnen.

Kooperation von Fujitsu und der Universität Tohoku begann 2012

Professsor Fumihiko Imamura von der Universität Tohoku.

Professsor Fumihiko Imamura von der Universität Tohoku.

Foto: Universität Tohoku

Die Entwicklung des Simulators für Tsunami-Schäden hat bislang zwei Jahre in Anspruch genommen. Professsor Fumihiko Imamura von der Universität Tohoku nutzte bereits seit einiger Zeit zweidimensionale Technologien für die Berechnung von Tsunami-Verläufen, allerdings ließen sich Schäden an Gebäuden und der Anstieg des Flusswassers damit nicht genügend präzise vorhersagen. 

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