Doktorsvörn í umhverfisfræði - Tim Sonnemann

Doktorsefni: Tim Sonnemann

Heiti ritgerðar: Bayesísk kvörðun á jarðskjálftalíkönum og hermun yfirborðshreyfinga af völdum Suðurlandsskjálfta

Andmælendur:

John Douglas, lektor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild við Háskólann í Strathclyde, Glasgow í Skotlandi.

Dr. Benjamin Edwards, prófessor við Jarð-, haf- og vistfræðideild á Umhverfisvísindasviði Háskólans í Liverpool, Bretlandi.

Leiðbeinandi:

Dr. Benedikt Halldórsson, rannsóknarprófessor við umhverfis- og byggingarverkfræðideild Háskóla Íslands á verkfræði- og náttúruvísindasviði, forstöðumaður rannsókna við Rannsóknarmiðstöð Háskóla Íslands í jarðskjálftaverkfræði, og sérfræðingur við úrvinnslu- og rannsóknasvið Veðurstofu Íslands.

Einnig í doktorsnefnd:

Dr. Sigurjón Jónsson, prófessor í jarðeðlisfræði við King Abdullah vísinda- og tækniháskólann í Saudi Arabíu.

Dr. Birgir Hrafnkelsson, prófessor í tölfræði við Raunvísindadeild Háskóla Íslands.

Dr. Apostolos S. Papageorgiou, prófessor við byggingarverkfræðideild Háskólans í Patras, Grikklandi.

Doktorsvörn stýrir: 

Guðmundur Freyr Úlfarsson, prófessor og deildarforseti Umhverfis- og byggingarverkfræðideildar, Verkfræði- og náttúruvísindasviði, Háskóla Íslands.

Ágrip:

Heildstætt líkan af yfirborðshreyfingum í jarðskjálftum á brotabelti Suðurlands hefur verið þróað í þessu verkefni. Sökum fæðar mæligagna stórra jarðskjálfta á Íslandi og vangetu líkana sem þróuð hafa verið með gögnum frá öðrum jarðskjálftasvæðum til að lýsa yfirborðshreyfingum jarðskjálftum á Íslandi, hefur eðlisfræðilegt líkan verið búið til sem sameinar ákvarðanlega hermun á yfirborðshreyfingum og slembihermun þeirra gerviskjálftarit sem felur í sér bylgjuhreyfingar á lágum sem háum tíðnum.

Á háum tíðnum hefur eðlishindranalíkanið (e. specific barrier model) verið kvarðað með slembiaðferðum við mæligögn vægra og sterkra jarðskjálfta á Suðurlandi. Stikar líkansins hafa verið ákvarðaðir með næmnisgreiningu til þess að meta óvissu þeirra og stöðugleika kvörðunarinnar með aðferðum Bayesískrar tölfræði og Monte Carlo hermunum á Markov keðjum.

Auk þess voru eigindi dvínunar mældrar yfirborðshröðunar á háum tíðnum ákvörðuð í tíðnirúminu með nýrri, sjálfvirki og aðlögunarhæfri reikniaðferð sem þróuð hefur verið í verkefninu. Þá var eðlishindranalíkanið útvíkkað úr punktlýsingu jarðskjálftaupptaka yfir í lýsingu á sprungu af endanlegri stærð þar sem heildarbrot í jarðskjálftanum er hermað með fjölda sprungubrota af margvíslegum stærðum.

Þannig fæst raunhæfari mynd af sprungubroti í stærri jarðskjálftum og hátíðnigerviskjálftaritum þeirra. Á lágum tíðnum er ákvarðanlegt og gangfræðilegt líkan í lagskiptu hálfrúmi, byggt á einföldum grunnforsendum, notað til að herma framlög ólíkra sprungubrota með mismunandi færsluferli og útbreiðsluhraða brots til yfirborðshreyfinga í jarðskjálftum.

Sýnt hefur verið fram á að sameinuðu gerviskjálftaritin á háum sem lágum tíðnum lýsa að jafnaði öllum helstu eiginleikum mældra jarðskjálftarita í stórum jarðskjálftum á Suðurlandi. Hið nýja eðlisfræðilega hefur einnig stuðlað að þróun nýrra eigindlegra líkana af hágildum yfirborðshreyfinga í jarðskjálftum á Íslandi með nýtingu upplýsandi forsendna í Bayesískri kvörðun út frá upplýsingum frá öðrum slíkum líkönum. Hin nýju líkön sýna ótvírætt fram á raunhæfa deyfingu yfirborðshreyfinga í nærsviði stórra jarðskjálfta og mynda forsendu í endurmati jarðskjálftahættu á Íslandi.

Um doktorsefnið:

Tim Sonnemann er fæddur árið 1988 í Þýskalandi. Hann lauk grunnprófi í jarðvísindum árið 2011 og meistaraprófi árið 2014 frá Potsdam háskólanum í Þýskalandi.

Rannsóknir hans fjölluðu um greiningu á gögnum frá þéttum jarðskjálftamælanetum og greiningu á hraðastrúktúr með endurkastsgögnum.

Hann starfaði í Bergen í Noregi sem sérfræðingur í greiningu á gögnum frá Norska jarðskjálftamælanetinu, og við rannsóknir við GFZ stofnunina í Potsdam, Þýskalandi.

Doktorsnám hans í umhverfisvísindum við Háskóla Íslands var hluti af öndvegisverkefni Rannís sem hófst árið 2014. Samhliða því hefur hann sótt námskeið í Bayesískri tölfræði við Háskóla Íslands og námskeið í jarðskjálftaverkfræði við Háskólann í Patras í Grikklandi.

Eftir doktorsnámið liggja þrjár tímaritsgreinar, fjórar ritrýndar ráðstefnugreinar, auk fullbúins handrits og margra fyrirlestra og veggspjalda á ráðstefnum. Hann hefur hlotið ferðatyrk og viðurkenningu fyrir framlag nemanda árið 2017 á ráðstefnu jarðskjálftafræðafélags Bandaríkjanna, og ferðastyrk frá Erasmus+ áætluninni til að stunda rannsóknir við Háskólann í Patras, Grikklandi árið 2016. Hann hefur starfað sem sérfræðingur í greiningu jarðskjálftagagna á úrvinnslu- og rannsóknarsviði Veðurstofu Íslands frá 2018.