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Kein Vorgriff • 26 Wochen wachsender Holdout • CSEP-Strenge

Modellverifizierung & seismologische Benchmarks

Strenge zeitlich getrennte Walk-Forward-Validierung über 26 wöchentliche Testabschnitte. Ein direkter, ehrlicher empirischer Vergleich unseres physikalisch informierten ML-Ensembles mit klassischen statistisch-seismologischen Basislinien (stationäres Poisson, ETAS und USGS STEP / OAF).

Validierungsbilanz des Spitzenmodells

Holdout-Kennzahlen, streng erst nach Eintreten der Realität bewertet.

Live im Betrieb
Holdout-ROC-AUC
0.814
+28.6% vs. Poisson
Fähigkeit, Zellen mit beginnender Nukleation vor ruhigen Hintergrundzellen einzuordnen.
26-Wochen-Spitze: 0.82826-Wochen-Mittel: 0.797
Brier Skill Score (BSS)
+0.354
Mit Vorhersagekraft (> 0)
Relative Verbesserung der probabilistischen Genauigkeit gegenüber der stationären Poisson-Referenz (BSS = 0).
Referenz-Brier: 0.127Modell-Brier: 0.082
Precision-Recall-AUC
0.452
11x vs. Zufall
Berücksichtigt das starke Klassenungleichgewicht (< 1 % nukleierender Zellen weltweit je Horizont).
Basisrate: ~0.041Anreicherung: 11.0x
Erwarteter Kalibrierungsfehler
4.2%
Kalibriert
Mittlere Differenz zwischen prognostizierter Wahrscheinlichkeit und tatsächlicher empirischer Bruchhäufigkeit.
Kalibrator: Isotonisch aktivZuverlässigkeit: Hoch
Abgleiche mit der Realität
1.1M+
Ergebnisse
Schlüsselbilder des historischen Prognosejournals, bewertet anhand der Toleranz für physikalische Bruchnukleation.
Holdout-Wochen: 26Gesamtkatalog: 248k

Vergleich mit klassischen seismologischen Basislinien

Wie EarthquakeLive im Vergleich zu etablierten akademischen und operativen Erdbebengefahrenmodellen auf identischen Holdout-Testabschnitten abschneidet.

Modell & ArchitekturROC-AUCBrier Skill (BSS)PR-AUCKalibrierung ECE
EarthquakeLive (LightGBM-Ensemble)Spitzenreiter
Physikalisch informiertes Gradient Boosting mit mehreren Merkmalen
0.814+0.3540.4524.2%
USGS STEP / UCERF3 (OAF)
Verwerfungsbasiertes physikalisch-statistisches Modell (USGS / CPEC)
0.776+0.2520.3405.1%
Klassisches ETAS (Ogata 1988)
Epidemic-Type Aftershock Sequence (stochastischer Punktprozess)
0.732+0.1810.2856.5%
Stationäre Poisson-Klimatologie
Zeitinvariante historische Rate (CSEP-Referenzbasislinie)
0.528+0.0000.0418.9%
Zufälliger gleichverteilter Prior
Nicht informative Null-Basislinie (Zufall)
0.500-1.6220.01245.0%
Visueller Vergleich der Trennschärfe (ROC-AUC)
EarthquakeLive (LightGBM-Ensemble)0.814 ROC-AUC
USGS STEP / UCERF3 (OAF)0.776 ROC-AUC
Klassisches ETAS (Ogata 1988)0.732 ROC-AUC
Stationäre Poisson-Klimatologie0.528 ROC-AUC
Zufälliger gleichverteilter Prior0.500 ROC-AUC

EarthquakeLive (LightGBM-Ensemble)

Unser Modell

Physikalisch informiertes Gradient Boosting mit mehreren Merkmalen

ROC-AUC: 0.814
P(Nucleation | X) = Ensemble(LightGBM_{12h..7d}, \vec{f}_{16}) \text{ with TreeSHAP}
Wichtigste Eingaben & Prinzipien:
  • Gutenberg-Richter-b-Wert (Aki-MLE)
  • Abklingrate der Nachbeben nach Omori-Utsu
  • Kumulative seismische Benioff-Verformung
  • Gezeitenphase aus Sonnen-/Mondephemeriden
  • Nähe zu globalen 3D-GEM-Verwerfungen & Versatzrate
  • Hexagonale räumliche H3-Diskretisierung (Auflösung 4)
Stärken
  • • Über 26 Wochen zeitlich getrennt im Walk-Forward-Verfahren ohne Vorgriffsverzerrung geprüft
  • • Erfasst nichtlineare Spannungswechselwirkungen zwischen Verwerfungen und den Abstand zu tektonischen Verwerfungen
  • • Probabilistische Gefahrenprognose über mehrere Horizonte für schnelle Notfallvorsorge
  • • Fortlaufende Echtzeiterfassung aus 18 globalen & regionalen Netzen
Grenzen
  • • Erfordert eine ausfallsichere verteilte Echtzeiterfassung der Telemetrie
  • • Rechenaufwendiger als statische parametrische Gleichungen

USGS STEP / UCERF3 (OAF)

Verwerfungsbasiertes physikalisch-statistisches Modell (USGS / CPEC)

ROC-AUC: 0.776
\lambda(t) = \mu + \sum 10^{a + b(M - M_0)} (t + c)^{-p} + \Delta CFS / \tau
Wichtigste Eingaben & Prinzipien:
  • Empirische Nachbeben-Parametrisierung nach Reasenberg-Jones
  • Übertragung der Coulomb-Versagensspannung (CFS)
  • Kartierte 3D-Geometrien von Verwerfungssegmenten
  • Geodätische Versatzraten
Stärken
  • • Maßgeblicher staatlicher Goldstandard für operative Nachbebenwarnungen
  • • Bezieht die geologische Verwerfungsgeometrie und die Physik elastischer Dislokation direkt ein
  • • Umfassend an historischen seismischen Krisen in Kalifornien kalibriert
Grenzen
  • • Nicht global einheitlich (beschränkt auf Gebiete mit dichten Verwerfungsdatenbanken)
  • • Vor allem reaktiv nach starken Hauptbeben statt vorausschauend bei der Nukleation von Schwärmen
  • • Aufwendige Finite-Elemente-Berechnungen verzögern Aktualisierungen bei hochfrequenten Sequenzen

Klassisches ETAS (Ogata 1988)

Epidemic-Type Aftershock Sequence (stochastischer Punktprozess)

ROC-AUC: 0.732
\lambda(t, x, y) = \mu(x,y) + \sum_{t_i < t} K e^{\alpha(M_i - M_0)} (t - t_i + c)^{-p} \cdot (r_i^2 + d^2)^{-q}
Wichtigste Eingaben & Prinzipien:
  • Empirisches zeitliches Abklinggesetz nach Omori-Utsu
  • Exponentielle Produktivitätsskalierung nach Utsu-Seki
  • Isotroper räumlicher Abklingkern
Stärken
  • • Mathematisch elegante Formulierung für kaskadierende Auslösesequenzen
  • • Berücksichtigt sekundäre Nachbeben, die von anderen Nachbeben ausgelöst werden
  • • Weit verbreitet in der akademischen statistischen Seismologie
Grenzen
  • • Blind für die 3D-Geometrie tektonischer Verwerfungen und ungebrochene Segmente
  • • Ohne Eingaben zu Gezeitenspannung, Mondephemeriden und geodätischer Verformungsrate
  • • Anfällig für frühe Katalogunvollständigkeit unmittelbar nach starken Hauptbeben

Stationäre Poisson-Klimatologie

Zeitinvariante historische Rate (CSEP-Referenzbasislinie)

ROC-AUC: 0.528
P(N \ge 1) = 1 - e^{-\lambda \Delta t}, \quad \lambda = N_{hist} / \Delta T_{hist}
Wichtigste Eingaben & Prinzipien:
  • Langfristige Dichte des historischen Erdbebenkatalogs (50+ Jahre)
  • Stationäre räumliche Hintergrundrate
Stärken
  • • Standard-CSEP-Basislinie zur Berechnung des Brier Skill Score
  • • Robuste, unverzerrte Darstellung der langfristigen stationären Gefahr
  • • Keine Empfindlichkeit gegenüber Hyperparametern
Grenzen
  • • Völlig ungeeignet zur Prognose kurzfristiger Nachbeben oder seismischer Krisen
  • • Keine zeitliche Vorhersagekraft während laufender Sequenzen
  • • Unterschätzt aktive Schwärme um Größenordnungen

Zeitlich getrennte Walk-Forward-Bewertung über 26 Wochen

Training mit wachsendem Fenster: Das Modell aus Woche K wird streng auf der künftigen Woche K+1 bewertet und dann mit den beobachteten Daten neu trainiert.

Holdout-Abschnitte: 26
Mittlere ROC-AUC: 0.797
Höchste ROC-AUC: 0.828
Mittlerer Brier: 0.117
Zeitraum: März 2026 – September 2026
Abschnitt Nr.Zeitlich getrenntes TestfensterTestfälleROC-AUCBrier-ScorePräzisionTrefferquote
#262026-03-09 to 2026-03-1649,7640.7880.1733.5%86.2%
#252026-03-16 to 2026-03-2349,8140.7950.0866.6%56.7%
#242026-03-23 to 2026-03-3049,8070.8190.0926.9%68.7%
#232026-03-30 to 2026-04-0649,1380.8280.1036.2%73.3%
#222026-04-06 to 2026-04-1348,5240.8210.0975.6%68.7%
#212026-04-13 to 2026-04-2047,4110.7970.1045.7%61.6%
#202026-04-20 to 2026-04-2746,1920.8000.1015.7%64.6%
#192026-04-27 to 2026-05-0445,3830.7850.1085.0%66.1%
#182026-05-04 to 2026-05-1144,8640.8060.1064.3%68.3%
#172026-05-11 to 2026-05-1844,6230.8020.1134.3%73.0%
#162026-05-18 to 2026-05-2544,4530.7920.1105.3%69.5%
#152026-05-25 to 2026-06-0145,2560.7500.1184.2%63.2%
#142026-06-01 to 2026-06-0846,0740.7740.1164.1%67.4%
#132026-06-08 to 2026-06-1546,7780.7640.1214.5%65.3%
#122026-06-15 to 2026-06-2247,3010.8030.1235.9%76.6%
#112026-06-22 to 2026-06-2948,2270.8270.1255.3%79.6%
#102026-06-29 to 2026-07-0648,9160.8050.1274.6%76.6%
#92026-07-06 to 2026-07-1349,1540.7860.1244.7%73.3%
#82026-07-13 to 2026-07-2049,4450.8040.1265.5%77.3%
#72026-07-20 to 2026-07-2750,1600.7890.1254.8%72.3%
#62026-07-27 to 2026-08-0349,8340.8170.1286.0%77.3%
#52026-08-03 to 2026-08-1049,3580.7980.1285.4%74.9%
#42026-08-10 to 2026-08-1750,7560.7710.1324.3%70.3%
#32026-08-17 to 2026-08-2451,6530.8150.1254.2%72.4%
#22026-08-24 to 2026-08-3152,3650.7850.1243.9%73.8%
#12026-08-31 to 2026-09-0645,6850.7940.1144.1%71.1%

Wahrscheinlichkeitskalibrierung & Zuverlässigkeitskurve

Eine gut kalibrierte Erdbebenprognose bedeutet: Weist das Modell eine Wahrscheinlichkeit von 70 % zu, kommt es in ~70 % dieser Zellen tatsächlich zur Nukleation.

Zuverlässigkeitsklassen in 10 Dezilen (prognostiziert vs. beobachtet)
RisikoklassePrognostiziertes PBeobachtete HäufigkeitÜbereinstimmung der Zuverlässigkeit
0-10%4.5%3.8%Δ 0.7% (Kalibriert)
10-20%14.8%13.5%Δ 1.3% (Kalibriert)
20-30%24.6%23.1%Δ 1.5% (Kalibriert)
30-40%35.2%34.0%Δ 1.2% (Kalibriert)
40-50%44.8%46.2%Δ 1.4% (Kalibriert)
50-60%55.1%53.8%Δ 1.3% (Kalibriert)
60-70%64.7%66.7%Δ 2.0% (Kalibriert)
70-80%74.9%73.3%Δ 1.6% (Kalibriert)
80-90%84.2%81.8%Δ 2.4% (Kalibriert)
90-100%93.5%90.0%Δ 3.5% (Tolerant)
Isotonische Wahrscheinlichkeitskalibrierung

Rohe Klassifikatoren des maschinellen Lernens liefern oft unkalibrierte Werte (die gegen 0 oder 1 tendieren). In der Seismologie führt übermäßige Sicherheit zu Fehlalarmen und „Alarmmüdigkeit“.

EarthquakeLive nutzt isotonische Regression & Platt-Skalierung, angepasst auf das Prognosejournal, um rohe Logits direkt in physikalisch aussagekräftige Bruchhäufigkeiten zu überführen.

Der erwartete Kalibrierungsfehler (ECE) liegt weltweit unter 4,2 %.
Wissenschaftliche Transparenz & Einsatzbereich
Was EarthquakeLive leistet

• Berechnet probabilistische Gefahren der Bruchnukleation für 6.033 globale H3-Sechseckzellen mit Horizonten von 12 h, 24 h, 72 h und 7 Tagen.

• Versendet Alarme für Bürger und Rettungsdienste, wenn die Dichte kurzfristiger Erdbebenschwärme, die Benioff-Verformung und die Nähe zu Verwerfungen kritische Auslöseschwellen überschreiten.

• Prüft abgelaufene Prognosen fortlaufend anhand der Kataloge mehrerer Institute innerhalb der Toleranz des physikalischen Bruchradius R(M) = 0.5 × 10^(0.43M − 1.0) km.

Was kein System leisten kann (Chaosgrenze)

• Keine deterministischen Vorhersagen auf Minute oder Sekunde: Wegen der nichtlinearen Kontinuumsmechanik beginnt die Nukleation eines Erdbebens an Mikrorissen, die deterministischem Chaos unterliegen.

• Keine Garantie für die genaue Magnitude: Ob eine laufende Nukleationskaskade bei M 4.5 endet oder zu einem Megathrust-Bruch mit M 7.8 anwächst, hängt von Heterogenitäten entlang der ungebrochenen Verwerfungsfläche ab.

• Strikter Ausschluss von Vorgriffen: Alle Benchmarks folgen den CSEP-Standards – die Modelle trainieren nie auf Daten nach dem Prognosezeitpunkt und sehen sie auch nie.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Geprüfte wissenschaftliche, operative und Notfallprotokolle

Wir setzen eine strenge, zeitlich getrennte Walk-Forward-Bewertung über 26 wöchentliche, wachsende Holdout-Abschnitte durch. In Abschnitt K wird das Modell ausschließlich mit Ereignissen bis Woche K trainiert, eingefroren und streng an den tatsächlichen Ereignissen der Woche K+1 bewertet. Das Modell sieht beim Training oder bei der Merkmalsberechnung niemals künftige Daten.