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ナウキャスト解説(その1)

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「ナウキャスト地震情報」の実用化に向けて
Development of "Nowcast Earthquake Information"
加藤孝志(気象庁地震火山部,[email protected])
横田崇(気象庁地震火山部,[email protected])
上垣内修(気象庁地震火山部,[email protected])
気象庁は、我が国において一元的に地震火山情報や津波予報の発表に責任を有する政府機関であり、全国に展開した
地震観測網から得られる地震波形データをリアルタイムで収集・解析し、地震活動や津波の発生等を 24 時間体制で監視
している。現在、地震発生約2分後から震度に関する情報、津波予報、震源位置、地震の規模に関する情報、及び東海
地震の予知に関する情報等を発表している。これらの情報は、国・地方公共団体等の防災関係機関において、地震・津
波被害の防止・軽減対策や地震発生直後の迅速かつ適切な初動対応のため、極めて重要な情報として位置付けられてい
る。
現在気象庁では、危機管理により即応し、より利用しやすい防災情報を発表するため、
○震度観測点のデータ等を用いて推計した『推計震度(面的震度分布情報)
』の提供
○震源近傍で地震波を捉え、被害をもたらす主要動が到達する前に、到達予測時刻や予測される震度等を伝える
『ナウキャスト地震情報』の提供
に向けて準備を進めている。本論文では、このうち『ナウキャスト地震情報』について紹介する。
気象庁の現在の情報発表は、津波予報及び東海地震の予知に関する情報を除き発災後の対応が主である。一方、震源
近傍の観測点でP波を検知・処理することによって、震源からある程度離れた地域において主要動が到達する前に主要
動の到達予測時刻や予測震度等を推定することが可能である。この可能な限り即時的に得られた情報から「津波予報の
迅速化」及び「地震動被害の未然防止・軽減」を図る情報が『ナウキャスト地震情報』である。
ナウキャスト地震情報は、ある時点までに得られた全ての観測データを処理し、常により精度の高い情報に順次更新
するもので、これらの情報に含まれる内容は「地震発生情報」、
「震源情報」
、
「予測震度情報」
、
「地震到達予測時刻情報」
等があり、主要動到達以降の地点については「実況情報」を併せて提供する。
1観測点で地震波(P波)を検知した時点で発信する「0次情報」等の地震発現後数秒程度で作成する情報の処理は、
ごく短時間の地震波形データから即座に行うものでなければならず、地震発生後、より短時間で震源や規模を精度よく
推定するナウキャスト地震情報発表のための処理手法の第1バージョンとして、主として以下の手法を組み合わせて行
うことを考えている。
(1)B−Δ法
(2)主成分分析法
(3)Territory 法
(4)Grid Search 法
なお、これらの処理手法は、今後の技術動向を踏まえ、より高精度で、迅速性・確実性の高いものを逐次取り入れて
いくことにする。
ナウキャスト地震情報の活用にあたっては、情報の精度と発信される時間タイミング(猶予時間)や不確実な情報に
よる経済的損失という特殊性を考慮し、その取り扱いを十分に検討する必要がある。また、利用効果を発揮するために
は、情報伝達システムは時間を要さず、かつ信頼性の高いものでなければならない。このため、現在気象庁では、伝達
手段や利活用における課題を抽出し、その効果的な利用方策に関する検討を行っている。具体的には、
(財)鉄道総合技
術研究所と共同で、ナウキャスト地震情報を利用し鉄道施設を保安するための将来型早期地震警報システムを実現する
ための研究を行っている。
ナウキャスト地震情報提供の実用化は、東海地震の予知や 21 世紀前半に発生するとされる東南海地震や南海地震での
迅速な津波予報発表とともに、地震被害の軽減に大きな効果が期待でき、我が国の防災対策上も重要なものと考えてい
る。
気象庁では、平成 15 年度から運用開始を予定している第Ⅲ期地震活動等総合監視システム(EPOS)において、ナウ
キャスト地震情報提供の業務実験を行う予定である。この業務実験を通じ、情報伝達や防災対応への利活用にあたって
の具体的な検討を進め、早期の実用化を目指す計画である。
「ナウキャスト地震情報」の実用化に向けて
Development of "Nowcast Earthquake Information"
加藤孝志 1,横田崇 2,上垣内修 3
1
気象庁地震火山部
Takashi Kato, Seismological and Volcanological Department, JMA, [email protected]
2
気象庁地震火山部,理博
Takashi Yokota, Seismological and Volcanological Department, JMA, [email protected]
3
気象庁地震火山部
Osamu Kamigaichi, Seismological and Volcanological Department, JMA, [email protected]
SUMMARY
The Japan Meteorological Agency (JMA) has been preparing to issue "Nowcast Earthquake Information".
Nowcast Earthquake Information includes the estimated arrival times of principal seismic waves, estimated seismic
intensities and a preliminary hypocenter. It is issued to the areas concerned before principal seismic wave arrives at
each area. The information is issued from few seconds after the occurrence of an earthquake based on the limited
number of data from the source region of the earthquake. This information is expected not only to quicken the issuance
of tsunami forecast but to give time to stop plant operation to reduce damage, as example.
JMA is developing data processing system in cooperation with Railway Technical Research Institute, and plans to issue
the information experimentally within 2003.
キーワード:ナウキャスト地震情報、気象庁、P波、危機管理、津波予報、被害軽減
Key words: Nowcast Earthquake Information, JMA, P-wave, crisis management, tsunami forecast, disaster mitigation
1 はじめに
②『津波予報』
:津波の到達が予測される地域、津波の高
気象庁は、我が国において一元的に地震火山情報や津
さの規模(3段階)の予報。日本近海で地震が発生し
た場合、地震発生後約3分で発表。
波予報の発表に責任を有する政府機関として、全国に展
開した地震観測網から得られる地震波形データをリアル
③『津波情報』
:予測される津波の高さの詳細(8段階)
、
津波の予想到達時刻、あるいは実際に観測された津波
タイムで収集・解析し、地震活動や津波の発生等を 24 時
間体制で監視している。現在、地震発生約2分後から震
の高さ・時刻等についての情報。
度に関する情報、津波予報、震源位置、地震の規模に関
する情報、及び東海地震の予知に関する情報等を発表し
ている。これらの情報は、国・地方公共団体等の防災関
係機関において、地震・津波被害の防止・軽減対策や地
震発生直後の迅速かつ適切な初動対応のため極めて重要
な情報として位置付けられている 1)(Fig.1)
。
気象庁が現在発表している津波予報、地震津波に関す
る情報とその内容は、次のとおりである。
①『震度速報』
:震度3以上の大きい揺れを伴う地震の
発生(震度3以上を観測した地域名(全国を約 180
に区分)とその震度)を知らせる情報。地震発生後
約2分で発表。
Fig.1 : Application of seismic intensity information
④『地震情報』
:震度速報発表後、震度3以上の地震で
であり、この観点から、発災後対応の情報を「リアルタ
津波の心配がないと判明次第、震源位置、地震の規
模(マグニチュード)
、津波の心配がない旨を速やか
イム地震情報」
、発災前対応の情報を「ナウキャスト地震
情報」と呼んで区別している。
に発表する「震源に関する情報」
、地震発生後数分で、
震源、規模、震度3以上の地域名、大きな揺れが観
3 ナウキャスト地震情報の種類
測された市町村名等を発表する「震源・震度に関す
る情報」、震度1以上を観測した観測点ごとの震度等
ナウキャスト地震情報は、ある時点までに得られた全
を発表する「各地の震度に関する情報」等がある。
ての観測データを処理し、常により精度の高い情報に順
次更新するもので、その発信タイミングから以下のよう
気象庁では、今後当面「地震・津波・火山現象による
被害を最小限にとどめるため、危機管理に即応した、利
な種類が考えられる(Fig.2)
。
「0次情報」
:1観測点で地震波(P波)を検知した時
用しやすい(わかりやすい)防災情報を発表する」こと
を重点目標とし、地震に関する情報の充実のため、
点で発信。1観測点の3秒程度の観測データから推定。
「1次情報」
:3∼5観測点で地震波を検知した時点で、
○災害発生後の初動体制を確立し、応急対策を効果的
に実施するため、地方公共団体の震度データ等を用
他の観測点で地震を検知していないことも利用し、震
源情報や予測される震度等を発信。
いて推計した『推計震度(面的な推計震度情報)
』の
提供2)
「2次情報」:5∼10 観測点程度で地震波を検知した
時点で、震源情報や予測される震度等を発信。1次情
○津波予報の迅速化及び地震動被害の未然防止・軽減
のため、震源近傍で地震波を捉え、被害をもたらす
報を高精度化した情報。
以下、より高精度化した情報を、逐次「3次情報」…
主要動が到達する前に、到達予測時刻や予測される
震度等を伝える『ナウキャスト地震情報』の提供
「N次情報」として発表。
これらの情報に含まれる内容は「地震発生情報」
(0次
に向けて現在準備を進めている。本論文では、このうち
『ナウキャスト地震情報』について、以下詳細を紹介す
情報のみ)、「震源情報」、「予測震度情報」、「地震到達予
測時刻情報」等があり、主要動到達以降の地点について
る。
は「実況情報」を併せて提供する。
2 『ナウキャスト地震情報』とは
気象庁の現在の情報発表は、津波予報及び東海地震の
予知に関する情報を除き発災後の対応が主である。一方、
震源近傍の観測点でP波を検知・処理することによって、
震源からある程度離れた地域において主要動が到達する
前に主要動の到達予測時刻や予測される震度等を推定す
ることが可能である。この可能な限り即時的に得られた
情報から「津波予報の迅速化」及び「地震動被害の未然
防止・軽減」を図る情報が『ナウキャスト地震情報』で
ある。
従来から主要動到達前の地震対策は注目されており、
単独観測点でP波を観測し、機器等を制御するシステム
は一部実用化されているものもある3)が、ナウキャスト
地震情報は、最新の地震学的知見 4)∼8)に基づき、この
ような単独観測点から得られるデータに加え、複数の観
測点から構成される面的な地震観測網から得られるデー
タも利用する。
なお、地震観測データから最終的な震源要素等を即時
的に推定する手法等やその情報は、「リアルタイム地震
学」或いは「リアルタイム地震情報」と呼ばれているが、
これは、地震発生直後から数時間後程度までと、時間に
幅があるものを対象とすることがある。このため、地震
動の予測等に関する情報を特に「ナウキャスト地震情報」
と呼んで区別する。現在、気象庁が発表している地震津
波に関する情報は、まさに即時的(リアルタイム)情報
Fig.2 : Schematic view of Nowcast Earthquake Information
4 ナウキャスト地震情報発表のための処理手法
1観測点で地震波(P波)を検知した時点で発信する
「0次情報」等の地震発現後数秒程度で作成する情報の
処理は、ごく短時間の地震波形データから即座に行うも
のでなければならず、従来の地震処理システムで利用さ
れている処理とは別な手法を用いる必要がある。
現在、平成 15 年度から運用開始予定の第Ⅲ期地震活動
等総合監視システム(EPOS)での業務実験において、地
震発生後、より短時間で震源や規模を精度よく推定する
ナウキャスト地震情報発表のための処理手法(ナウキャ
スト地震処理)の第1バージョンとして、主として以下
の手法を組み合わせて行うことを考えている(Fig.3)
。
(1) B−Δ法 5)∼10)
の格子に対し理論走時を計算し、P波検出時刻との残差
1観測点の地震波形データからの震央推定法。
地震波形エンベロープのP波初動部分に簡易な関数
が最小となる格子を震源とする方法。データ伝送におい
て遅延がごく短時間かつ確実性がほぼ担保される約 180
「y=Bt*exp(-At)」をフィッティングさせて決定したパラ
メータ B を用い、経験的に震央距離Δを求める方法。P
観測点からなる気象庁地震観測網を利用することを前提
としている。
波の振幅増加が震央までの距離が近ければ近いほど急激
(立ち上がりが急)である特徴に着目。
なお、これらの処理手法は、今後の技術動向を踏まえ、
(2) 主成分分析法
1観測点の地震波形データからの震央方位角の推定法。
より高精度で、迅速性・確実性の高いものを逐次取り入
れていくことにする。
P波初動部分のパーティクルモーションに対して主成
分分析を行ない、その第1主成分の固有ベクトルから波
5 最後に −ナウキャスト地震情報の実用化に向けて−
の到来方向を推定する方法。
(3) Territory 法9)10)
可能な限り即時的に情報を発信するには、最終的な観
P波検出観測点が2点以下の場合の、P波検出時刻を
用いた震央推定法。
測データが揃うまでの間においても、その時点までに観
測できた範囲内のデータから逐次情報を作成することに
最初にP波を検出した観測点がどこであるかによって、
震央として取り得る範囲絞り込む方法。最初のP波検出
なる。地震発生からの時間経過に伴い地震波の到達範囲
が広がることから、地震波を観測し得る観測点数も飛躍
観測点に対して、それと隣接する全ての観測点との間に
引いた線分の垂直二等分線で作られる多角形の内側に震
的に増加し、ナウキャスト地震情報の精度も向上してい
く。一方、各地域において、主要動が到達する間での時
央が存在し、ひとつの方法としてその多角形の重心を震
源とする方式が考えられる。2番目にP波を検出した観
間と揺れの激しさは、地震の発生した震源位置からの距
離に応じて、単純には比例、反比例の関係にある。この
測点との組み合わせにより、さらに震央として取り得る
範囲の絞り込みが可能。
ため、激しい揺れに備える必要が高い地域ほど、主要動
が到着する直前に対処できる時間は非常に限られたもの
(4) Grid Search 法9)10)
P波検出観測点が3点以上5点以下の場合の、P波検
となる。
これらのように、ナウキャスト地震情報の活用にあた
出時刻を用いた震央(震源)推定法。
最初の3点のP波検出観測点の分布によって設定され
っては、情報の精度と発信される時間タイミング(時間
的猶予)や対応した場合の経済的損失を考慮して、その
る領域内に、緯度・経度・深さ方向に格子を置き、全て
取り扱いを検討する必要がある。例えば、早い段階での
11)
単独観測点を用いた解析
B−Δ法・主成分分析法
通常の波形表示
1∼2地点の観測点を用いた解析
1秒
関数フィッティング
Territory 法
振幅絶対値対数表示
傾きB
傾きBはマグニチュードに依存せず震
傾きBはマグニチュードに依存せず震
央距離が小さいほどBは大きくなる
央距離が小さいほど大きくなる
1秒
地震学的にも妥当
3∼5地点の観測点を用いた解析
Grid Search 法
時間経過・信頼性
Fig.3 : Improvement of the reliabilility of Nowcast Earthquake Information
対応が重要で、かつ、誤って対応しても経済定損失が大
8) 小高俊一・束田進也・芦谷公稔・佐藤新二・大竹和生・
きくない場合は、0次情報から利用し、確実な情報でな
ければ対応した場合の問題が大きな場合は、0次情報は
野坂大輔:早期地震検知における震央距離とマグニチ
ュードの新しい推定法(3)マルチプルショックへの
対応の準備を行うに留め、実際の対応は、1次情報以降
の情報を基に行う等が考えられる。
対応,地球惑星関連学会 2002 予稿集,2002(発表予
定)
ナウキャスト地震情報の利用効果を発揮するためには、
情報伝達システムは、時間を要さない堅牢かつ信頼性の
9) 大竹和生・上垣内修・野坂大輔・長谷部大輔・小高俊
一・束田進也・芦谷公稔:気象庁ナウキャスト地震情
高いものでなければならず、即時的な情報伝達のための
ネットワークや情報利用者側における即時的な対応措置
報で用いる震源・マグニチュード推定手法 その1
震源の推定,地球惑星関連学会 2002 予稿集,2002(発
が必要である。このため、現在気象庁では、伝達手段や
利活用について課題等を抽出し、その効果的な利用方策
表予定)
10) 上垣内修・大竹和生・野坂大輔・長谷部大輔・小高俊
に関する検討を行っている。具体的には、
(財)鉄道総合
技術研究所と共同で、ナウキャスト地震情報を利用し鉄
一・束田進也・芦谷公稔:気象庁ナウキャスト地震情
報で用いる震源・マグニチュード推定手法 その2
道施設を保安するための将来型早期地震警報システムを
実現するための研究を行っている 12)∼14)。
マグニチュードの推定,地球惑星関連学会 2002 予稿
集,2002(発表予定)
ナウキャスト地震情報提供の実用化は、東海地震の予
知や 21 世紀前半に発生するとされる東南海地震や南海地
11) 横田崇:自動検測手法の研究,気象研究所技術報告第
16 号,56-100,1985
震での迅速な津波予報発表とともに、地震被害の軽減に
大きな効果が期待でき、我が国の防災対策上も重要なも
12) 芦谷公稔・小高俊一・束田進也・佐藤新二・横田崇・
川津拓幸・大竹和生・野坂大輔:ナウキャスト地震情
のと考えている。
気象庁では、平成 15 年度から運用開始を予定している
報の活用を想定した早期地震警報システムの開発(そ
の1)−全体計画および早期地震諸元推定法−,地震
第Ⅲ期 EPOS において、ナウキャスト地震情報提供の業
務実験を行う予定である。この業務実験を通じ、情報伝
工学研究発表会講演論文集,1289-1292,2001
13) 室野剛隆・芦谷公稔・横田崇:ナウキャスト地震情報
達や防災対応への利活用にあたっての具体的な検討を進
め、早期の実用化を目指す計画である。
の活用を想定した早期地震警報システムの開発(その
2)−地震動による構造物の被害ランク推定手法−,
参考文献
地震工学研究発表会講演論文集,1293-1296,2001
14) 佐藤新二・束田進也・室野剛隆・芦谷公稔・大竹和生・
1) 横田崇:気象庁におけるナウキャスト地震情報への取
り組み,国土セイフティネットシンポジウム予稿集,
野坂大輔:ナウキャスト地震情報の活用を想定した早
期地震警報システムの開発(その3)−リアルタイム
37-47,2002
2) 気象庁「面的震度分布情報」プロジェクトグループ:
地震警報システムの概要−,地震工学研究発表会講演
論文集,1297-1300,2001
面的震度分布情報の発表について,日本地震学会 2001
秋季大会予稿集,P025,2001
3) 中村豊:研究展望:総合地震防災システムの研究,土
木学会論文集,1-33,1996
4) 束田進也・大竹和生:パターン認識を応用した自動地
震識別法,地震 2,273-280,2001
5) 小高俊一・芦谷公稔・束田進也・佐藤新二・大竹和生・
野坂大輔:早期地震検知における震央距離とマグニチ
ュードの新しい推定法(1)原理,地球惑星関連学会
2001 予稿集,Sp-010,2001
6) 束田進也・小高俊一・芦谷公稔・佐藤新二・大竹和生・
野坂大輔:早期地震検知における震央距離とマグニチ
ュードの新しい推定法(2)気象庁津波地震早期検知
網データへの適用,地球惑星関連学会 2001 予稿集,
Sp-010,2001
7) Toshikazu Odaka, Kimitoshi Ashiya, Shin'ya Tsukada,
Shinji Sato, Kazuo Ohtake and Daisuke Nozaka:A new
method of quickly estimating epicentral distance and
magnitude from a single seismic record, 2002, submitted to
BSSA
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