Hochauflösende Finite-Volumen Verfahren zur Simulation seismischer Wellen

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Die Erforschung der geometrischen Struktur und der damit verbundenen physikalischen Eigenschaften des Erdinnern basiert überwiegend auf Ergebnissen der Seismologie. Dabei stellen Computersimulationen zur Ausbreitung seismischer Wellen heute eine unverzichtbare Untersuchungsmethode dar, um die auftretenden Wellenphänomene und deren Ursache zu verstehen. Allerdings ist die Simulation eines vollständigen, dreidimensionalen Wellenfeldes in realistischen Medien mit komplizierter Geometrie noch immer eine große Herausforderung. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines neuartigen, flexiblen und robusten Simulationsverfahrens, das im Gegensatz zu vorhandenen Simulationsalgorithmen eine Alternative mit entscheidenden Vorteilen darstellt. Durch die Konstruktion einer hochauflösenden Finite-Volumen Methode (ADER Methode) und die Nutzung der rapide zunehmenden Rechenkapazität moderner Hochleistungscomputer sollen aktuelle Fragen der numerischen Seismologie in verschiedensten Skalenbereichen gelöst werden. Aktuelle Probleme wie die Behandlung geometrisch komplizierter Schichtgrenzen oder Topographien sowie die Berücksichtigung von Inhomogenität, Anisotropie und Porosität des Mediums sollen damit gezielt gelöst werden. Die wesentlichen Vorteile der ADER Methode liegen in der Flexibilität bzgl. der verwendeten Gitter und der hohen Approximationsordnung. Ferner wird die Weiterentwicklung der ADER Methode grundlegende Fortschritte auf dem Gebiet moderner Simulationstechniken liefern, die sehr interdisziplinär in diversen Forschungsbereichen einsetzbar sind.