Comments
Description
Transcript
緊急地震速報伝達システムの開発と地震災害の軽減に関する
緊急地震速報伝達システムの開発と 地震災害の軽減に関するシンポジウム 独立行政法人 防災科学技術研究所 特定非営利活動法人 リアルタイム地震情報利用協議会 平成 17 年 10 月 14 日 ホテル ルポール麹町ロイヤルクリスタル ご 挨 拶 独立行政法人・防災科学技術研究所 理事長 片山 恒雄 最近では、リアルタイム地震情報とか、緊急地震速報といった言葉が、地震防災に携わる人た ちの間で完全に定着しました。このようなアイデアは決して最近になって出てきたものではあり ませんが、その実現のためには、高精度の IT 技術・情報技術と密度の高い地震計ネットワークが 必要でした。そして、そのような技術的な背景が徐々に整ってきました。とくに、1995 年兵庫県 南部地震の後、日本中に張りめぐらされた高密度・高精度地震計ネットワークが果たしている役 割は、きわめて大きいといえます。 今日のシンポジウムでの議論でも、緊急地震速報が内包する基本的な問題点が明らかになると 思います。すなわち、近くで起きる地震ほど被害をもたらす可能性が高いにもかかわらず、震源 が近くなればなるほど、必要な情報を伝達する時間に余裕がなくなることです。このような問題 点があるにもかかわらず、NPO 法人「リアルタイム地震情報利用協議会(REIC)」を中心として、 15 もの機関が緊急地震速報の利活用に関する開発研究に従事していることに注目したいと思い ます。 このことは、今日の制御システム、生産システムにとっては、余裕時間が１秒であっても、 （場 合によっては、もっと短くても、）対応可能な場合があり、対応すべき場合があるということを示 しています。したがって、当然のことですが、リアルタイム性と同時に、いかに正確な情報を発 信できるかが鍵になります。防災科学技術研究所では、主としてこのことを念頭においた開発研 究を進めています。そして、その成果は、ほぼ実用に耐えるレベルに達しつつあります。 また、本日のシンポジウムが対象としている研究は、防災科学技術研究所、気象庁、NPO 法人 「リアルタイム地震情報利用協議会」、財団法人・日本気象協会という４つの機関が協力して実施 していることにも大きな特徴があります。気象庁が参加していることによって、今まで開発され たシステムの試験的運用が可能になりました。本年８月 16 日に起きた宮城県沖地震のときには、 大きな揺れが仙台市を襲う 16 秒前に地震情報を伝えることができたと報じられています。 さらに、特定非営利活動法人、すなわち NPO 法人が、研究機関と民間企業等との橋渡し役を 担っていることも、この開発研究の特徴です。国費による開発研究を NPO 法人をとおして行う ことに関しては、当初いろいろな意見がありました。しかし、研究独立行政法人が外部機関と仕 事をする際の一つの新しい方法ではないかと強く感じています。 緊急地震速報の伝達に関する研究は、これまでのところ、およそ順調に推移してきました。し かし、 「研究的」研究の成果を実際の震災軽減に生かすためには、まだまだ残されている課題が少 なくありません。その中で最も大切なものは、発信するデータの信頼性にかかわるものでしょう。 この部分をうやむやにしておいては、実用的な緊急地震速報の利活用など、絵に描いた餅になっ てしまいます。応用研究的な段階に入ったからこそ、基礎的な部分の研究がさらに重要になった ことを理解していただきたいと思います。 緊急地震速報伝達システムの開発と地震災害の軽減に関するシンポジウム −プログラム− 主 催：（独）防災科学技術研究所（防災科研）・ＮＰＯ法人リアルタイム地震情報利用協議会（REIC） 後 援： 内閣府・総務省消防庁・文部科学省・気象庁・（財）地震予知総合研究振興会 （財）震災予防協会・（社）土木学会・（社）日本建築学会・（社）地盤工学会 日本地震工学会 日 時：平成17年10月14日（金）10:00∼17:50 場 所：ホテル ルポール麹町 ロイヤルクリスタル 〒102-0093 千代田区平河町2-4-3（TEL：03-3265-5361） 参加費：無料 プログラム 総合司会：早山 徹（防災科研 理事） １．10:00∼10:05 開会挨拶 片山 恒雄（防災科研 理事長） ２．講 演 （1）防災科学技術研究所による処理システムの開発状況 10:05∼10:20 リーディングプロジェクト｢高度即時的地震情報伝達網実用化」の概要 早山 徹（防災科研 理事） 10:20∼10:40 次世代緊急地震速報業務システムの開発 束田 進也（気象庁／防災科研 客員研究員） 10:40∼11:10 緊急地震速報のための即時震源・マグニチュード決定と震度推定 堀内 茂木（防災科研 総括主任研究員） 11:10∼11:30 緊急地震情報の衛星配信・受信システムの開発とその運用 山本 俊六（防災科研） 11:30∼11:50 藤沢市と東京海上日動リスクコンサルティング（株）における緊急地震情報利活用の 実証試験 山本 俊六（防災科研） 11:50∼12:05 検出した地震が巨大地震に成長する確率を用いた地震早期警報システム 井元 政二郎（防災科研 総括主任研究員） 12:05∼13:20 昼休み （2）緊急地震速報について 13:20∼13:35 緊急地震速報の本運用に向けて 関田 康雄（気象庁 地震情報企画官） （3）緊急地震速報を利用した減災対策 13:35∼13:55 緊急地震速報の利活用において、研究機関に望むこと 東地 隆司（三重県防災危機管理局 総括室長） 13:55∼14:15 緊急地震速報実利用化にあたって（3） 藤縄 幸雄（REIC 専務理事） 14:15∼14:35 緊急地震速報を利用した減災効果−エレベータの閉じ込め事故防止効果について− 目黒 公郎（東京大学 生産技術研究所 教授） 14:35∼14:55 巨大地震による長周期地震動とその対策 入倉 孝次郎（京都大学 副学長） 14:55∼15:05 休 憩 15:05∼15:25 早期地震情報を使った被害予測−即時地震情報を活用した減災と防災情報システム− 角本 繁（防災科研 川崎ラボラトリー 副所長） 15:25∼15:55 南海地震・東海地震の津波予測被害とその軽減策 2004年インドネシア地震と1707年宝永地震 ―東海・南海海域の複合型海溝地震の発生予測― 都司 嘉宣（東京大学地震研究所 助教授） 15:55∼16:15 半導体工場での緊急地震速報の利活用について 吉岡 献太郎（宮城沖電気（株） 社長） 16:15∼16:20 休 憩 （4）総合討論 司会：入倉 孝次郎（京都大学 副学長） 16:20∼17:45 東海、東南海地震に対する備えのあり方と緊急地震速報 ・東海地震、東南海・南海地震∼国の防災対策について∼ 三浦 知雄（内閣府企画官） ・気象庁の地震対策について−東海、東南海・南海地震対策を中心に− 関田 康雄（気象庁 地震情報企画官） ・30秒津波予測のための即時処理アルゴリズムの開発 堀内 茂木（防災科研 総括主任研究員） ・東南海・南海地震にそなえる∼三重県のとりくみ∼ 東地 隆司（三重県防災危機管理局 総括室長） ・東海・東南海地震に備える 大矢 暁（REIC 副会長） ３．17:45∼17:50 閉会挨拶 大矢 暁（REIC 副会長） ４．ポスターセッション・展示 防災科研による即時地震処理システムについて 防災科研 企業製品展示 REIC会員企業 ５．懇親会 18:00∼20:00 場所：エメラルド（３階） 緊急地震速報伝達システムの開発と地震災害の軽減に関するシンポジウム ―講演予稿集― 目 次 （1）防災科学技術研究所による処理システムの開発状況 リーディングプロジェクト｢高度即時的地震情報伝達網実用化」の概要 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 1 早山 徹（(独)防災科学技術研究所 理事） 次世代緊急速報業務システムの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 5 束田 進也（気象庁／(独)防災科学技術研究所 客員研究員） 緊急地震速報のための即時震源・ マグニチュード決定と震度推定 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 9 堀内 茂木（(独)防災科学技術研究所 総括主任研究員） 緊急地震情報の衛星配信・ 受信システムの開発とその運用・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 19 山本 俊六（(独)防災科学技術研究所） 藤沢市と東京海上日動リスクコンサルティング(株)における緊急地震情報利活用の実証試験 ・ 25 山本 俊六（(独)防災科学技術研究所） 検出した地震が巨大地震に成長する確率を用いた地震早期警報システム ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 31 井元 政二郎（(独)防災科学技術研究所 総括主任研究員） （2）緊急地震速報について 緊急地震速報の本運用に向けて・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 37 関田 康雄（気象庁地震火山部管理課 地震情報企画官） （3）緊急地震速報を利用した減災対策 緊急地震速報の利活用において、研究機関に望むこと・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 43 東地 隆司（三重県防災危機管理局 総括室長） 緊急地震速報実利用化にあたって（3）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 47 藤縄 幸雄（(NPO)リアルタイム地震情報利用協議会 専務理事) 緊急地震速報を利用した減災効果−エレベータの閉じ込め事故防止効果について− ・・・・・・・・・ 63 目黒 公郎（東京大学 生産技術研究所 教授） 巨大地震による長周期地震動とその対策・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 71 入倉 孝次郎（京都大学 副学長） 早期地震情報を使った被害予測−即時地震情報を活用した減災と防災情報システム− ・・・・・・・ 79 角本 繁（(独)防災科学技術研究所 川崎ラボラトリー 副所長） 南海地震・ 東海地震の津波予測被害とその軽減策・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 91 2004 年インドネシア地震と 1707 年宝永地震−東海・ 南海海域の複合型海溝地震の発生予測− 都司 嘉宣（東京大学地震研究所 助教授） 半導体工場での緊急地震速報の利活用について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 93 吉岡 献太郎（宮城沖電気(株) 社長) （4）総合討論 東海、東南海地震に対する備えのあり方と緊急地震速報 東海地震、東南海・ 南海地震∼国の防災対策について∼・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 101 三浦 知雄（内閣府政策統括官付参事官付企画官） 気象庁の地震対策について−東海、東南海・ 南海地震対策を中心に− ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 103 関田 康雄（気象庁地震火山部管理課 地震情報企画官） 30 秒津波予測のための即時処理アルゴリズムの開発 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 105 堀内 茂木（(独)防災科学技術研究所 総括主任研究員） 東南海・ 南海地震にそなえる∼三重県のとりくみ∼・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 111 東地 隆司（三重県防災危機管理局 総括室長） 東海・ 東南海地震に備える・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 113 大矢 暁（(NPO)リアルタイム地震情報利用協議会 副会長） （１）防災科学技術研究所による処理システムの開発状況 リーディングプロジェクト 「高度即時的地震情報伝達網実用化」の概要 独立行政法人 理事 １ 防災科学技術研究所 早山 徹 研究の背景 いわゆるリアルタイム地震情報伝達に関する研究は、地震発生直後から数時間あるいは 一日くらいまでの時間帯において、地震情報を極力早く提供することにより、自治体や企 業の防災に役立てることを目的として、1990 年代から活発に行われるようになり、阪神淡 路大震災の教訓も手伝って一部の地方自治体や企業体でも導入の試みがなされてきている。 防災科学技術研究所（以下防災科研）においても 1994 年から ROSE システムの開発が行 われ、地震発生直後に震源位置、マグニチュードなどの震源情報および地震動の面的分布 などを提供する試みがなされている。さらに 1995 年の阪神淡路大震災以降、地震調査研究 推進本部の計画に基づき、防災科研が全国規模で地震観測網を整備したことに加え、コン ピュータの高性能化、通信の高速大容量化により、即時的地震情報（主要動到達前地震情 報）の提供の可能性が高まり、2001 年よりリアルタイム地震情報の伝達・活用の研究プロ ジェクトをスタートさせた。このプロジェクトでは、高感度地震観測網（Hi-Net）を使い、 震源に最も近い観測点に P 波が到達してから数秒以内で震源並びにマグニチュードを高精 度に推定する技術を開発した（１）。それを受けて 2003 年度より文部科学省の委託によるリ ーディング・プロジェクト「高度即時的地震情報伝達網実用化プロジェクト」がスタート した。一方、気象庁は即時的地震情報の有用性に着目し、全国にそのための地震計の配備 を進め、２００４年２月から「ナウキャスト」と呼ばれる即時的地震情報の試験的配信を 開始している。このような背景から、本プロジェクトでは、防災科研と気象庁は緊密な連 携のもとに協力して研究開発を進めることとした。 ２ 高度即時的地震情報伝達網実用化プロジェクトの趣旨 高度即時的地震情報伝達網実用化プロジェクトは、防災科研はじめ気象庁、各大学が整 備してきた地震観測網を活用し、防災科研並びに気象庁が開発した震源情報決定システム をもとにして高度化し、これらの情報をユーザに試験的に配信して利活用を図り、実証実 験を行い、実用化を図ることを目的としている。本研究においては即時的、すなわち主要 地震動到着前情報（以後緊急地震速報と呼ぶ）の活用が主体になるが、利活用のレベルで は従来から行われてきた主要地震動到着後の情報についても積極的に活用すると共に、地 殻の破壊過程や断層の位置、長さなど、現在解析等に時間がかかりすぎて活用しにくい情 報についても解析時間の短縮を図るなど、地震情報を配信する側も利活用に向けて一層の 進展を目指すものとする。 緊急地震速報の発信は、気象庁が将来業務として行うことを前提に、実証実験段階から気 象庁から一元的に発信することにしており、このために気象庁と防災科研が連携し、役割 -1- 分担を明確にして推進することとした。具体的には防災科研および気象庁で開発されたシ ステムそれぞれを気象庁に設置して、緊急地震速報を試験的に配信し、実証実験を行う。 これらの緊急地震速報の比較からそれぞれの特徴を明らかにし、最適緊急地震速報の開発 に結びつける方向で研究を進める。既に２００５年６月からは両者の長所を生かした統合 化緊急地震速報が配信されており、実証実験に供されている。 また、本プロジェクトは実用化が大きな目的であり、そのために地震工学、構造工学、シ ステム制御など直接防災対策に関わる研究者・技術者や、自治体や企業の防災対策を担当 者に参加を呼びかけ、特定非営利活動法人（NPO） 「リアルタイム地震情報利用協議会」が 中心になって参加企業の連携の下に産官学連携で研究開発が進められている。 ３ 研究プロジェクト推進体制と成果の概要 図１にプロジェクトの内容と推進体制を示す。 防災分野の研究開 発に関する委員会 プロジェクト運営委員会 地震調査研究推進本部 プロジェクト実施リーダ 早山 徹、サブリーダ 堀内 茂木 利活用に関する実験・調査 地震波波形処理と提供の研究 防災科研（∼Ｈ20/3) １．地震波波形処理と提供の研究 地震波波形処理迅速化の研究 分野リーダ 堀内茂木 気象庁に集められる全地震波形デ ータの即時処理 ２．地震情報収集・処理・提供システ ムの開発 分野リーダ 小原 一成 地震情報の収集/配信の高速化及び 標準フォーマット・プラグイ ンの作成 ３．地震情報解析システム及び地震 動作確認システムの開発研究 分野リーダ 束田 進也 様々な地震情報の迅速発信・安定 稼動するソフト開発 受信側の基礎データシステム開発 防災科研（∼Ｈ20/3） ４．地盤データベース管理構築 分野リーダ 藤原広行 地震調査研究推進本部､自治体の調査 等で得られたデータの収集・管理を行うデ ータベースシステムの開発 (同システムにより、各地点におけるリアル タイム強震情報予測値を発信) リアルタイム地震情報利用協 議会・気象庁・防災科研（∼Ｈ 20/3） ５．リアルタイム地震情報の利活用 の実証的調査・研究【(特定非営利 活動法人(NPO)リアルタイム地震情 報利用協議会に委託】 分野リーダ 藤縄 幸雄 地震情報の実用化に向け実 証 実験を通じて改善点を抽出する ６．地震情報の影響度調査(財団法 人日本気象協会に委託) 分野リーダ 新井 伸夫 誤作動を含め地震情報の提供に 関する社会的影響度の調査 図１ 高度即時的地震情報伝達網実用化プロジェクト実施体制 大きく分けて「地震波波形処理と提供の研究」、 「受信側の基礎データーシステム開発」、 「利 活用に関する実験・調査」の 3 つに分類される。 -2- ３．１ 地震波波形処理と提供の研究 （１）地震波波形処理迅速化の研究 地震波波形処理迅速化の研究では観測網などから集められる地震波形データをもと に即時処理し、震源位置、地震の規模（マグニチュード）等の正確な情報を短時間 の間に提供することを目的とする。 まず、防災科研において高感度地震観測網 Hi-Net のデータを用い、震源およびマグ ニチュードを震源に最も近い地震計が感知してから数秒の内に決定し、配信するシ ステムを開発し、２００３年５月からは気象庁のシステムに導入されて配信が開始 され、実証実験に供されている。 当初は正確でない情報が発信されるケースもあったが、ノイズ処理方法の改良など、 幾多の改良を重ね、地震検出後５秒以内にほぼ正しい緊急地震速報の提供が可能と なった。２００４年２月より気象庁の地震観測網のデータから得られる緊急地震速 報の配信も始まった。防災科研システムと気象庁システムによる緊急地震速報とが 比較された結果を基に、それぞれの長所をとった統合化緊急地震速報が２００５年 ６月から配信されるに至った。 今後は、より精度の高い緊急地震速報を短時間の内に配信する方法の開発を進める 一方、破壊過程、断層の位置や長さなどを短時間のうちに決定し、より高度な情報 を早く配信する技術の開発も進める。 （２） 地震情報収集・処理・提供システムの開発 地震観測網から短時間にしかも低コストでデータを収集し、また解析･処理された情 報をユーザに短時間でしかも高信頼度、低コストで配信することを目的として研究 開発を進めている。ここでは IP-VPN を取り上げ、２０点の Hi-Net 観測点からデー タを収集するシステムを試作して実証実験を行った結果、ディレイ・タイムの上で も、信頼度の上でもほぼ満足すべき結果が得られ、実用化の見通しを得た。また、 緊急地震速報の配信についても、防災科研内で行われた実験で良好な結果が得られ、 今後実際の応用が期待される。 （３）地震情報解析システム及び地震動作確認システムの開発研究 業務として即時的地震情報を気象庁から配信するためのシステムの開発で、迅速か つ高信頼度のシステム構築を目的として研究開発を進めている。まず、システムと して備えるべき機能をそれぞれモジュールにして実験やシミュレーションが出来る 動作確認システムを完成した。今後このシステムを使って、業務として緊急地震速 報を配信していくためのシステムのプロトタイプを構築していく計画である。 ３．２ 受信側の基礎データシステムの開発 （４） 受信側の基礎データシステムの開発 震源情報から各地点に於ける地震動を正確に予測するためには、正確な地盤データ が必要であり、過去に集められた地盤データを収集・整理してデータベースを作成 し、各地点の地震動増幅率等を提供可能にする目的で進められている。国のプロジ -3- ェクト、地方自治体、民間企業等で調査した地盤データを集め、それらを地盤デー タベース（XML 形式）としてまとめ、それらから地盤増幅率マップを作成中である。 現在は、全国版として１ｋｍメッシュ、関東平野の範囲では２５０ｍメッシュの地 盤増幅率マップが使用可能となった。今後さらにデータベースを質量ともに高度化 するとともに、緊急地震速報のユーザによる活用を進めていきたい。 ３．３ 利活用に関する実験・調査 （５） リアルタイム地震情報の利活用の実証的研究 緊急地震速報の活用に関し、特定非営利法人リアルタイム地震情報利用協議会を中 心として、実際に地方自治体や企業で防災に携っている人達に考えてもらい、シス テムを試作し、実証実験を行う中で具体的な応用を進めていく。現在、消防署、エ レベータ、学校、情報家電等で、14 テーマについて緊急地震速報の利活用の研究開 発を進めている。それぞれ実証実験のためのプロトタイプを完成し、実証実験を行 い、防災に役立てるためのシステムとして完成させる。 例えば、情報家電の応用では緊急地震速報を地域コミュニティセンターで受け、各 家庭ごとの個別情報を加味したデータを各家庭の宅内受信・制御装置に配信する。 制御装置により家庭内の電熱系家電品の自動遮断、避難扉の解鍵と避難経路の確保、 誘導灯の点灯などが自動的に行われる。 また、宮城県仙台市長町小学校では、緊急地震速報を受信して、これを教室の画面 に表示する。大きな揺れが予想される場合には避難モードで避難誘導、小さな揺れ が予想される場合には、訓練モードにして教育に活用するシステムを構築した。 さらに、エレベータの場合には、各サイトの地震防災エレベータ制御システムで緊 急地震速報を受け、エレベータを最寄りの安全な階に停止させ、ドアを開けて避難 を促す。これにより、乗員の安全確保、閉じこめ事故の防止を図ることが出来る。 以上述べたような実証実験により、システムがそれぞれリファインされてきており、 ２００５年度中には一部本格運用に入る見通しである。 （６） 地震情報の影響度調査 システムの誤動作、誤報を発信した場合などリアルタイム地震情報が社会に与える 影響について調査・分析する。 ４．参考文献 （１）Horiuchi, S., H., Negishi, K., Abe, A., Kamimura, and Y. Fujinawa, 2005, An Automatic Processing System for Broadcasting Earthquake Alarms,Bull. Seism. Soc. Am., 95,No.2 708-718. -4- 次世代緊急地震速報業務システムの開発 束田進也 気象庁地震火山部地震津波監視課 調査官 防災科学技術研究所客員研究員（併任） １．はじめに －緊急地震速報処理の高度化とは？－ 平成 15 年度に本プロジェクトが始まった時点では、即時震源決定処理アルゴリズムについてさまざま な手法が提案されていた。例えば気象庁においては一連のナウキャスト処理、防災科学技術研究所にお いては着未着法処理等が開発されていた。これらの提案された手法にはそれぞれ一長一短（表１）があ ったが、即時震源決定の実用化との観点から平成 16 年 2 月 25 日から気象庁が開始した一元的な緊急地 震速報の配信実証実験において、これらの手法を比較検討しつつ良い部分を生かす形で処理手法の統合、 高度化が進められてきた。平成 17 年 6 月からは両手法を統合した情報の試験的な配信を開始している。 観測点配置 震源決定に関し て M決定について 気象庁 利点 欠点 全国に配置 数10km間隔 1地点目から決定。 相対的に精度が低 観測点直近であれば い。 1秒未満で情報発信 誤報の可能性が相対 的には高い。 変位振幅から計算。 相別のM式がある。 相対的に振り切れに くい。 情報フォーマット 電文(とXML) 防災科研 利点 欠点 20～30km間隔 島嶼部に無い 相対的に精度が高 い。 相対的に震源決定に 要する時間は短い。 ノイズに相対的に強 い。 速度振幅から計算。 大きな地震は波形の 小さいMを決めやす 振り切れやセンサ部 い。 での飽和がある。 M式の切り替えがな いのでMの成長が遅 XML 方針 両方使用 防災科研手法優先 気象庁振幅優先 電文とXML 表１：統合前の両システムの長所と短所 ところで、現在の統合状況は、手法の処理結果を Hi-net 津波地震早期検知網 ある条件の下で取捨選択しているだけである。これ は、早い段階での実用化を優先した結果、開発言語 気象庁処理手法 防災科研処理手法 やコンセプトの相違を埋めるという比較的時間と 手間のかかる作業を後回しにせざるを得なかった からである。しかし本来、緊急地震速報処理として 緊急地震速報 現状 は当然のことながら、アルゴリズムレベルから一連 の処理として統合されていることが望ましい（図 津波地震早期検知網・Hi-net １）。また、統合や高度化においては、さまざまな 最新の処理手法が取り込まれることも望ましい。以 次世代緊急地震速報処理 下、紹介する動作確認システムとは、実用的な緊急 地震速報処理の統合アルゴリズム開発を行い、次世 代緊急地震速報業務システムの処理エンジン作成 緊急地震速報 に資するためのものである。 -5- 図１：目指すべき形態 今後 なお、この目的において、現在気象庁と防災科学技術研究所は共同で下記の工程で作業を行っている。 ① 平成 15 年度はハードウエアの購入と種々の波形処理環境の構築。 ② 平成 16 年度は震源決定処理部の開発。 ③ 平成 17 年度は震源決定処理部のロジックチューニングとマグニチュード決定処理部の開発。 ④ 平成 18 年度は完成した処理部のロジックチューニングと発震機構決定処理部の開発。 ⑤ 平成 19 年度は全体的な処理の動作確認。 ２．基本設計 コンピュータソフトウエアの基礎アルゴリズム開発に携わった方なら容易に想像できると思うが、一 口にアルゴリズムの収集、統合と言っても、たいへん難しい課題が数多くある。例えば、自主開発され た関数の多くは、手法やアイディアに関して紙面化が行われていなかったり、行われていたとしても非 常に詳細な部分までは記述されていなかったりする。また開発言語や変数の使用方法など個人のポリシ ーや開発コンセプトと言った背景をも理解していないと、処理としてうまく融合しないことがある。一 方、今回の作業は単なる即時震源決定処理の作成と言うよりは、見方を変えれば完全自動震源決定処理 の高度化である。そこで、今回は以下のような点に留意しつつ基本設計を行っている（図２）。 ・ テレメータされている実時間波形、および収録波形の双方で実験が可能とした。 ・ さまざまな処理手法の収集とロジックベースでの理解と紙面化、C 言語により再コーディングした。 ・ 種々のツールはプラグイン化によって交換や追加、評価が容易になるようにした。 ・ 単独観測点処理と複数観測点処理の利点を組み合わせることによって、処理に冗長性を持たせた。 ・ 有感地震クラスの大きな地震は即時的に処理し、徐々に精度を向上。一方、小さな地震は時間をか けて精度良く処理するようコーディングした。 ・ 処理内容を確認しつつ、その後の処理にフィードバック可能にした。 ・ データ取得時から情報発信時までの一連の処理に対して、時間的、空間的評価ができるようにした。 大きな地震は即時に、 小さな地震はある程度時間をかけて精度良く 図２：基本設計概念図 -6- ３．動作状況（震源決定処理）の例 昨年度以来、いくつかの顕著な有感地震でデータ の収集と各種震源決定による処理が実行されてい る。2005 年 8 月 16 日に発生した宮城県沖の地震 （M7.2）を例にとって、その処理結果を示す。 図３：取得波形例とトリガ状況 B－Δ法（単独観測点処理） 表２：震源決定処理状況（時間経過順） 着未着法（複数観測点処理） Ｐ・Ｓ自動検測による震源決定 図４： 猶予時間と実際の面的な推計震度の例 -7- 図５：各種震源決定処理結果 緊急地震速報のための即時震源・マグニチュード決定と震度推定 堀内茂木 防災科学技術研究所総括主任研究員([email protected]) 1. はじめに 緊急地震速報とは、大地震発生時に、震源の近傍のデータを即時的に解析し、大きな揺れが到 着する前に、震源位置やマグニチュードを伝達するものであり、平成１８年度より、気象庁によ る業務的運用が開始される予定である。気象庁から伝達されるのは、震源の位置と地震の規模を 示すパラメータ、及び、代表的地域での揺れの強さである。各ユーザが必要としているのは、自 分が位置するところでの予測震度であるが、それは、震源迄の距離と、地震の規模、地盤増幅特 性を考慮して、自分で計算する必要がある。 我々は、日本全域、約 800 カ所に設置された高感度地震観測網のデータを即時的に解析し、緊 急地震速報のための、震源位置やマグニチュードを求めるための地震波自動処理システムの開発 を行っている。本報告では、これら震源パラメータの推定方法と、決定精度について述べる。次 に、震度を推定するための新しい指標の導入と、導入による効果について報告する。また、震度 の推定誤差の原因と、今後の研究課題についても述べる。 ２．即時震源決定 図１．Hi-net, 関東・ 東海観測点の分布 防災科学技術研究所は、日本全域で、観測点総数が約 800 点、観測点密度が 20-25ｋｍ間隔の 高感度地震観測網（Hi-net）の整備を行った(図１)。この観測網の整備により、観測点密度は大 -9- 幅に高まり、詳細な地震活動が推定できるようになった。我々は、この観測データを利用して、地 震発生後、即時的に震源の位置や規模を自動的に推定するためのシステムの開発を行った。 2.1） P 波到着時刻の自動読み取り 震源位置の自動決定では、Ｐ波到着時刻を自動的に読み取るソフトウエアの開発が必要である。緊急地 震速報では、少ない観測点のＰ波到着時刻を利用して、震源決定を行うことから、到着時刻の 0.5 秒程度 の読み間違いでも、震源の深さが数１０km ずれる場合がある。一般に、人工的ノイズの震幅は時間的に 変動しており、Ｐ波到来の直前に、ノイズが大きくなる場合もある。到着時刻の読み取りには、ノイズと 地震波とを区別するアルゴリズムを開発することが重要である。 多くの自動震源決定システムでは，Akaike (1973)による AIC を用いた自動読み取りを行っている．こ の方法は，統計的手法を用いるものであり，例えば，振幅の小さい Pn 波と，直前にノイズが大きくなっ た場合とを見分けることが難しい．人間は，ノイズの時間的変動や，周波数，多くの地震波の特徴を瞬時 に考慮し，読み取りを行っている．我々は、地震学的知識を組み込んだ、Ｐ波到着時刻の自動読み取りプ ログラムを開発した。 地震波やノイズが混入した場合には、震幅が大きくなることから、先ず、震幅が大きくなるいくつか の時刻を読み取り、Ｐ波到着時刻の候補とした。そして、候補に対応する位相（信号）のＳ/N、時間差、 全体の震幅の立ち上がり方等を用いてパラメータ化し、このパラメータを使って、候補の中から、正しい と思われる到着時刻を選ぶようにした。パラメータの設定は、多くの地震波を利用して行い、正しく読み 取れないデータが存在する場合には、パラメータの値や場合分けを変更することにより、正しく読み取れ るようにした。ニューロコンピュータを利用した読み取り手法の開発も行われている。この方法は、コン ピュータ任せで、読み取り方法を学習させる方法であり、ある程度正確に読み取れるようになるが、オー バー学習等の問題があり、限界もある。ここで開発した方法は、人間が、コンピュータに、読み取り方法 を個々に教える方法であり、場合分けを細かくすることにより、より精度が高まる構造になっている。 図２.処理結果の一例。Ｐ波到着時刻が高精度で読み取られている。 - 10 - 現在は、約５０個のパラメータを与えることにより、読み取りを行うようになっている。図２に示すよ うに、精度の高い読み取りが行えるようになった。 2.2) 着未着法による震源決定と、ノイズや別の地震の到着時刻データの除去 緊急地震速報のための処理システムは、できるだけ早く震源パラメータを求める必要があることから、 多くの観測データが集まるのを待って処理を開始することができない。我々は、着未着法を利用した処 理システムを開発しているが（Horiuchi et al.,2005)、その概念図を図３に示す。大きい地震が 発生した場合、その近傍に位置する観測点では、計器の故障でない限り、必ず大きな地震動が観 now 測される。逆に、ある時刻、T 迄に、Ｐ波が観測されないということは、地震がその観測点で観 測されてはならないという条件（位置、時刻）を満足するように発生したことを意味している。 now このことは、理論的に計算される到着時刻が、ある時刻、T より小さいという不等式を満足する ように地震が発生したことを意味している。着未着法は、 1) Ｐ波到着時刻 = 理論値、 2) Tnow ＞ P波到達・未到達データを用いた震源決定 図３．着未着法による震源決定方法（着未着法） 理論値 2点のP波到達時刻を満足する曲線 を満足するように震源位置を求める方法で ある。 波面の外側の観測点 間違った自動読み取りデータが混入する ら大きくずれる。間違った位置に震源が決 定されると、その近傍の観測点では、Ｐ波 が到着するはずであり、未到着時刻データ を満足できない。我々は、未到着時刻の残 差の値をチェックすることにより、正しい P波到着観測点 E と、それを用いた震源位置は、正しい値か B 震源 D 時刻 t における 波面の位置 A 両データを満足 する範囲 C 計算方法 • 到着時刻＝理論値 • 未到着時刻＜理論値 • 数値計算で残差二乗和最小 震源が得られたか否かの自動判定を行うよ 未到着時刻を満足 P波未到達条件を満たす範囲 する範囲 図３．着未着法の概念図。 うにした。 図４．2005 年２月１７日―３月２８日の区間の即時処理システムによる震央（赤）と気象庁による全 データを人間が読み取って処理した場合（緑）との比較。左；第１報、右；最終報 - 11 - ３． 震度マグニチュードの提案 各地域での震度は、震源までの距離とマグニチュードとを司・翠川（1999）、他による距離減 衰式に代入することにより求められている。緊急地震速報は、精度の高い震度を、Ｓ波が到着す る前に推定し、各種の災害軽減のための対策を行うために利用するものである。従って、最終的 アウトプットである震度をいかに正確に算出できるかが最も重要である。次に、気象庁により定 義されているマグニチュードが、震度推定に適しているかについて考えてみよう。 地震のマグニチュードは、Gutenberg and Richter(1956)に示されているが、気象庁によるマ グニチュードは、 MJMA= 1.73 log Δ ＋ log A - 0.83 (1) で定義されている。ここに、Δは、震央距離、A は、中周期変位型地震計の最大震幅である。我々 の即時処理システムでは、先ず、モーメントを推定し、モーメントマグニチュード(Mw)を求め、 それと、気象庁によるマグニチュードとの関係式からマグニチュードを求めている。 (1)式の、 MJMA は、マグニチュードが１変わると、振幅が１０倍変化するが、Mw の場合には、１の違い で、モーメントが３０倍変わる。マグニチュードは、周期の長い地震動の、変位震幅から推定さ れる物理量である。 一方、計測震度は、 I = 2 log (Va) + 0.94 (2) で表される量で、Va は、フィルターされた加速度波形が、0.3 秒以上ある値以上になる場合の最 大値で定義されている。フィルターの影響で、実際の Va は速度と加速度との中間の値の最大値 に近い値になっている。多くの場合、Va が最大となる周波数帯域は数 Hz であるが、大きい地震 のマグニチュードは、数秒から数１０秒の周波数帯域で定義されている。両者の比較から明らか なように、マグニチュードは、震度とは全く別の物理量から推定されるパラメータである。地震 の規模を示すパラメータとしては、マグニチュードと、モーメントがあるが、いずれも長周期の 変位振幅から定義される量であり、震度推定に適していると思われない。しかし、他に適当なパ ラメータが存在しないことから、今までは、便宜的にマグニチュードが利用されていた。精度の 高い震度を推定するためには、そのための新しい指標が必要であるように思われる。 そこで、震度を推定するための新しい指標、震度マグニチュード（MI）を新しく定義し、その 値を利用することを提案する。先ず、Va が以下の式で近似できると仮定する。 Va = Ｍo（1／r）exp(-πfTs/ ( Q ) (3) ここに、ｒ、ｆ、Ｔｓ、Ｑは震源距離、周波数で、Ｓ波走時、減衰を表すＱ値である。 ｆは、３Ｈｚ、Ｑは４００とした。(3)式は、幾何減衰が１／ｒで、内部減衰は、３ Ｈｚの周波数で近似できると仮定されている。 次に、 （１）式と同様に、震度マグニチュードが１増えると、Ｍo は１０倍になると 仮定すると、Ｍo は、 M 0 = 10 MI +b (4) と表せる。（２）～（４）式より、Ｍo は、震源での、Va である。 下のように定義する。 MI = I / 2 + log (r) + πｆT0 / ( 2.3Q ) –log(b) - 12 - (5) と表せる。ｂは MI と気象庁マグニチュードとが近い値になるようにするための定数で、log(b)=3.0 ある。 (5)式で定義される MI は、震度から直接定義されている。逆に、MI から推定される震度 は、実際に観測された震度の内挿、あるいは、外挿で求められる値に相当しており、このため、 MI を用いることにより、精度の高い震度推定が可能になるものと期待される。 Correlation of Mjma and Mi 8 図 5．気象庁マグニチュード（横 軸;Mjma）と震度マグニチュー ド（縦軸;Mi）との比較。地震 が大きくなると長周期成分が卓 越するようになることから、大 きい地震の震度マグニチュード は、気象庁マグニチュードに比 べ小さくなっている。武村・太 田（1983)は加速度マグニチュ ードを定義し、MJMA と比較し ているが、彼らと同様の結果 になっている。 7 Mi 6 5 4 3 次 2 2 3 4 5 6 7 8 Mjma 次に、2002 年以降に発生した、大きい地震１６５個を用いて MI を求め、MI が震度推定にどの 程度有効であるか、実際のデータを用いて調べた。図５は、気象庁マグニチュード（横軸）と（５） 式による震度マグニチュードとを比較したものである。マグニチュードが大きくなると、長周期 成分がより卓越するようになることから、大きい地震の MI は、Mjma に比べ小さくなる傾向に ある。大きい地震は、長周期がより卓越することが知られているが、このことが、大きい地震の MI がより小さくなる原因であると思われる。 図 6 は、震度マグニチュードを用いて震度を推定する場合の、平均的予測誤差と、気象庁マグ ニチュードを用いて推定する場合のそれとを地震毎に比較したものである。各観測点での震度は、 サイト特性により大きくずれることから、震度の推定は、観測点毎に、観測点補正値を求め、そ の値を利用している。図から明らかなように、MI を用いる場合の震度の平均的ばらつきは、0.4 程度であるが、MJMA の場合には、同様に、観測点補正値を求めても、ばらつきはその２倍程度 になっている。図７は、全データの予測誤差と震源距離との関係をプロットしたものである。 Residual of Mjma and Mi residual(intensity) 2.5 Mjma Mi 2 1.5 図６.地震毎（横軸）の震度の平 均的推定誤差（縦軸）の分布。 黒印は、気象庁マグニチュード、 1 赤印は震度マグニチュードの残 0.5 差。推定誤差は、観測点補正値 0 を求め、推定されている。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 earthquake number - 13 -13- residual(intensity) 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 Mjma 0 100 200 300 400 500 600 700 図 7. 気象庁マグニチュード （上）と、震度マグニチュー hypocentral distance(km) residual(intensity) ド（下）を用いる場合の、震 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 源距離（横軸）と、各観測点 Mi 0 100 での残差の分布。 200 300 400 500 600 700 hypocentral distance(km) 図８は、2003 年十勝沖地震と宮城県沖地震のマグニチュードの時間的成長を示したものである。 地震が発生すると、断層が滑り、地震波を発生させる。断層が拡大する速度は、約 3km/秒と高 速ではあるが、100km の断層が滑るには、30 秒以上必要である。地震波の揺れの強さ（変位） は、滑った領域の面積と滑り量との積に比例する量であり、マグニチュードは、この積の対数に 比例する量である。このため、地震波の振幅が大きくなるまでに、時間がかかり、マグニチュー ドの成長にも時間がかかる。緊急地震速報では、観測されたデータを用いて予測を行っているた め、大きい地震の場合には、最初に求められたマグニチュードは小さく、それがだんだん大きく なることになる。十勝沖地震や、宮城県沖地震の場合、上述の積を用いて計算されるマグニチュ ード（モーメントマグニチュード）がそれぞれ、８と７迄成長するのに、５０秒、２５秒かかっ ている。一方、震度マグニチュードは、成長するまでに、２５秒、４秒と、モーメントマグニチ ュードに比べ、短い。 この理由が図９に示されている。震度マグニチュードが短周期地震波形の最大振幅に近い量で 定義される量である。短周期の地震波は、断層の破壊面の近傍のみで生成されることが知られて いる。このため、破壊の拡大が停止すると、短周期地震波の放出は止まる。一方、モーメントマ グニチュードは、上述の積で定義される量であり、長周期の地震波震幅の振幅と関係する。長周 期の地震波は、断層の中央部からより多く放出され、放出は、破壊の拡大が停止してからも継続 される。我々は、モーメントマグニチュードから、気象庁マグニチュードを計算しており、この ため、長周期の波が放出されている限り、値は大きくなり続ける。図８の結果は、震度マグニチ ュードが、震度の高精度推定に有効のみではなく、早く推定するのにも有効であることを示して おり、震度マグニチュードの導入は、震度推定に極めて有効であると思われる。 - 14 - 8 2003 年宮城県 沖地震(M7.0) Magnitude 7.5 7 6.5 M jma M Ip 6 5.5 5 4.5 0 10 20 30 40 50 60 sec 8 2003 年十勝沖地震 (M8.0) 7 6.5 M jma M Ip 6 5.5 （秒） 5 4.5 0 M Magnitude 7.5 10 20 30 40 50 60 sec 8 7 6 5 4 2005 年宮城県 沖地震（M7.2） M MIp 0 20 40 sec 60 80 図８．2003 年宮城県沖地震,十勝沖地震,2005 年宮城県沖地震の、気象庁マグ ニチュード（白）と、震度マグニチュード（赤）の時間的成長。 - 15 - 破壊フロント 長周期地震波放出領域 破壊フロントの拡大停止後 も滑り継続Æモーメント増加 短周期地震 波放出領域 図９．震度マグニチュードの成長が早い理由。 ４．震度の推定誤差と今後の課題 前節で、震度マグニチュードの導入により、震度の推定が正確に、かつ、早く行われることを 指摘した。緊急地震速報では、震度の推定精度を高めることが最も重要であり、今後精度を高め るための研究を行う必要がある。以下は、震度の推定誤差の要因とその対応方法である。 １）震源位置の誤差の影響 （震度推定誤差は、0.1―0.2 程度） 今までの開発で、震源は比較的正確に求まるようになり、震源の誤差による影響は小さい。 ２）表層地盤（震度推定誤差は、１－２程度） ホームページ等を利用して、正しい値を設定する必要がある。震度計を設置し、観測値を利用 して設定することも考えられる。 ３）震源時間関数の影響（震度推定誤差は、１－２程度） 前述のように、気象庁マグニチュードを用いて震度を予測すると、断層の滑り方の違いで、予 測が系統的にずれる場合がある。我々が導入した震度マグニチュードを用いて震度を推定するこ とにより、震源時間関数の違いによる誤差はなくなる見込みである。 ４）３次元減衰構造の影響（震度推定誤差は、１程度） プレートの内部を伝播する地震波は減衰が少なく、この影響を補正する必要がある。今後、受 信側で、このソフトウエアを作成する必要がある。 ５）発震機構（断層の向きにより、Ｐ波とＳ波の振幅比が変わる）の影響（震度推定誤差は、0.3 - 16 - ー0.5 程度） 多くのデータが集まらないと、発震機構解は求められなく、緊急地震速報で、この補正を行う ことは、極めて困難である。 ６）大地震の断層の破壊伝播方向の影響（ドップラ効果）や、面震源（現在は、震源位置を点で もとめているが、M8 程度の地震では、断層の広がりが 100km 以上）の影響（震度推定誤差は、 １ー２程度） この影響を即時的に推定するための顕著な研究成果は得られていない。開発は大変難しく、今 後の主要課題である。しかし、この影響を簡便に取り除く方法としては、近傍の観測点のＰ波の 震度を利用して、震度を推定する方法が考えられる。現在の緊急地震速報には、観測点情報が含 まれていないが、近い将来、観測点情報が含まれるようになる予定である。なお、この補正は、 受信側で行う必要がある。 ６．まとめ １）大部分の地震の震源パラメータを地震検出後、数秒間で推定し、データが集まるに従い、そ れを更新する即時処理システムの開発を行った。このシステムは震源から３０ｋｍ以上離れた地 域にＳ波到着前地震情報を提供できる。 ２）各種ノイズや複数の地震が発生しても、対応できるよう、ソフトウエアの改良を行ったこと から、９９％の地震について、ほぼ正しい震源位置が求められるようになった。 ３）新たに定義した震度マグニチュードは、正確な震度をより早く推定するために極めて効果的 である。 ４）今後、面震源をリアルタイムで推定するための開発を行うことが重要である。 - 17 - 緊急地震情報の衛星配信・受信システムの開発とその運用 山本 俊六 [email protected] 防災科学技術研究所 １．はじめに 緊急地震情報を有効に活用するためには、自動震源決定システムの計算した地震情報を、短時間で確実に配 信・受信・加工し、警告・制御などを行うユーザーエンド側のシステム開発が不可欠である。緊急地震情報と このシステムを併せて利用することにより、ユーザーは緊急地震情報を即座に受信し、その情報に基づき予測 震度、余裕時間を計算し、警告や各種制御のトリガーとすることができる。防災科学技術研究所ではプロジェ クトの一環として DVB 衛星通信を利用した配信・受信システムを開発し、2003 年 3 月より試験運用を始めた。 運用開始から 2 年半が経過し、その間、使い勝手や性能の向上を目的としたソフトウェアのバージョンアップ が幾度か行われ、システム運用に関する様々なノウハウ、ユーザーからの声も得られた。ここでは、防災科学 技術研究所で開発された緊急地震情報配信・受信システムの内容について述べ、試験運用を通して得た知見、 さらに今後の展開に関して触れる。 ２．緊急地震情報の流れ 緊急地震情報に関連する各システムは図１に示す 地震観測網 ように構成される。防災科学技術研究所内で波形デー タ収集システム、自動震源決定システム、地震情報配 信システムが稼動し、全国各地点に存在するユーザー フレームリレー（遅延約２秒） 防災科学技術研究 側で地震情報受信システムが稼動する。予測震度や余 裕時間などは評価位置によって大きく異なり、これら 波形データ収集システム の情報をすべてひとつの情報としてまとめて配信す ることは合理的ではない。従って、緊急地震情報とし 自動震源決定システム 計算時間約３秒 て主に震源関係の情報を配信し、受信システムがその 情報を用いて予測震度や余裕時間を独立して計算す 地震情報配信システム るシステムとした。このように受信システムを独立さ せることにより、ユーザー側の利用目的に合わせて、 ユーザー DVB 衛星通信（遅延約 0.5 秒） 震度予測方法の選択、トリガー値の変更、制御装置へ の連動などを自由にカスタマイズすることが可能と 地震情報受信システム なる。また通信プロトコル、データ書式に関する仕様 に従えば、ユーザー側が受信システム自体を作成する ことも可能である。 配信システムと受信システムを結ぶ通信手段とし - 19 - 図１ データおよび情報の流れ て、インターネット、専用回線、ＬＡＮ、地上 波通信、衛星通信などさまざまな方法が考えら 地震情報配信システム れるが、ここでは DVB 衛星通信を採用した。DVB 共有メモリの監視と新規 地震情報の読み込み はデジタルビデオ放送標準規格のひとつであり、 これを利用した DVB 衛星通信は既存回線の有無 XML 文書の自動作成と DVB 衛星送信ユニットへの送信 に依存せず、受信側はアンテナさえ設置すれば 安価な受信機とＰＣでほぼ日本全国で利用可能 である。このように DVB 衛星通信はデジタル情 MPEG-2 形式に変換 報の一斉同報手段として、優れた特性を持って DVB 形式に変調 いる。 ←XML 文書 作成ユニット （防災科研） udp packets ←DVB 衛星送 信ユニット （東大地震研） 波形データの収集、震源情報位置とマグニチ ュード）計算、衛星経由の伝送に要する時間は、 DVB data それぞれ約 2 秒、約 3 秒、約 0.5 秒であり、Ｐ 図２ 地震情報配信システムの詳細 表１ 地震時に配信される XML 情報 波検知後、最短の場合、約 5.5 秒で警報を発す ることが可能である。現在の地震観測網の密度 を考慮すると、震源距離が約 35ｋｍ以上離れた 場所で、Ｓ波到達前に警報を発することができ る。 ３．DVB 衛星配信による地震情報配信システム 地震情報配信システムは図２に示すように XML 文書作成ユニットと DVB 衛星送信ユニット より構成される。XML 文書作成ユニットは共有メ モリ上の地震情報領域を常時監視し、自動震源 決定システムが共有メモリに新規に地震情報を 書き込んだ時点で、その情報を XML 形式に変換 し、UDP プロトコルで東京大学地震研究所に転送 する。東京大学地震研究所では DVB 衛星送信ユ ニットが稼動しており、UDP パケットに IP マル チキャストアドレス宛てのヘッダーを付加、 MPEG-2 形式に変換した後、DVB 形式に変調し、 <element> attribute <nied_reis_ earthquake_ data> eq_code, calc sequence <origin_time> accuracy <trigger_time> <send_time> <magnitude> <hypocenter> <latitude> accuracy <longitude> accuracy <depth> accuracy <appendix> <sd_p_arriv> <sd_no_arrival> <sd_arv_dir> <p_data> <s_data> <all_data> <azp> <thp> <azt> <tht> <nobs_pol> <nmin_pol_err> <obs_data> 通信衛星に送信する。 表１に地震時に衛星配信される XML 情報の書 式を示す。情報には震源情報と観測点情報の２ 種類があり、震源情報として、地震番号、計算 回数、発生時刻、配信時刻、緯度、経度、深さ、 - 20 - explanation origin time of the event trigger time in the system time when data is sent Magnitude hypocenter latitude(degree) hypocenter longitude(degree) hypocenter depth(km) rms of P-arrival data rms of not-yet-arrived data (blank) number of P data number of S data number of all data P-axis azimuth(degree) P-axis dip(degree) T-axis azimuth(degree) T-axis dip(degree) number of polarity data number of unfitted data ①eq. code, ②calc. sequence, ③ sequencial num. of the station, ④ station code, ⑤ station number, ⑥ pointer time, ⑦ P arrival time, ⑧ polarity, ⑨ S/N of P, ⑩ S arrival time, ⑪S/N of S, ⑫ maximum acceleration, ⑬ amp. of P, ⑭ amp. of S, ⑮ amp. magnitude , それらの誤差、マグニチュード、Ｐ波読み取り観測点数、発震機構解、Ｐ波極性読み取り観測点数など、観測 点情報として、観測点コード、波形データの最新時刻、Ｐ波到達時刻、Ｐ波振幅などが配信される。震源情報 のパケットサイズは 800byte 弱、観測点情報のパケットサイズは１観測点あたり 110byte 程度（最大 50 観測 点）である。従って、１回の震源計算後に配信する総パケットサイズは 1020～6300byte 程度となる。一般に 総パケットサイズが小さな時（地震検知直後）は１秒程度の間隔で情報配信され、総パケットサイズが大きな 時（地震検知から十分時間が経過した後）は数秒～十数秒に一回情報配信されるため、現在、緊急地震情報用 のチャンネルに割り当てられている 64bps の伝送帯域で、滞りなく配信が行われている。震源計算の行われて いない非地震時には、各観測点の平均ノイズ振幅値が５観測点ごとまとめられ、90byte 程度のパケットサイ ズのデータが５秒間隔で配信される。この情報は通信部分を含む、配信・受信システムのヘルスチェックとし て有効に利用できる。 ４．地震情報受信システム 地震情報受信システム 地震情報受信システムは、図３に示すように、DVB DVB data IP パケットへの復調 受信ユニットと表示・警報ユニットから構成され る。DVB 受信ユニットは、DVB 衛星データを受信、 ←DVB 受信 ユニット XML データのマルチキャスト配信 復調後、パケットをマルチキャスト宛に再配信す る。表示・警報ユニットは、地震情報を受信する マルチキャストデータ受信の監視 Multicast packets 予測震度と余裕時間の計算 ←表示警報 ユニット ポートを常時監視し、情報受信時に予測震度と余 裕時間の計算を行い、震源情報に加え予測震度と 余裕時間を表示し、音声による警報出力を行う。 このユニットは写真１に示すような直径４５ｃｍ 震源情報表示と音声警告 のＣＳアンテナ、USB ポートか PCI バス経由でＰＣ に接続される小型受信機、通常のノートＰＣで構 図３ 成することが可能である。DVB 受信ユニットから情 地震情報受信システムの詳細 報がマルチキャストで配信されるため、ＬＡＮ上に 複数のＰＣを接続し、それぞれのＰＣ上で表示・警 報ユニットを稼動させることも可能である。以下、 表示・警報ユニットのＰＣ上で稼動するソフトウェ アの機能に関して記す。 【評価地点情報の設定】予測震度、余裕時間を計算 するための評価地点の位置情報（緯度、経度）、地 盤の増幅率情報を設定・変更する機能を有する。ま た警報を行う際のトリガー条件として、マグニチュ ード、震源距離、震源情報計算に使用されたＰ波観 測点数などを目的に応じて設定・変更することがで きる。 写真１ 表示・警報ユニットの最小構成 ＣＳアンテナ、受信機、ＰＣより構成される。 - 21 - 写真のアンテナ計は 45cm で、室内設置も可能。 【震源パラメータの表示】震源情報（発生時刻、緯度、経度、深さ、マグニチュード、使用したＰ波観測点数、 計算回数など）を画面に表示する（図４参照）。新しい地震情報を受信した場合は、常に最新の情報を表示す る。またＰ波極性読み取り観測点数が１５以上の場合は、発震機構解が画面表示される。 【余裕時間の計算と表示】評価地点における余裕 時間（Ｓ波到達までの残り時間）とＳ波の伝播状 況を画面表示する。評価地点までのＳ波走時計算 には、Ｓ波走時テーブルを利用している。余裕時 間はＳ波走時、地震発生時刻、現在時刻との関係 から算出され、毎秒更新表示される。また同時に、 地表における現在のＳ波伝播距離を求め、波面の 広がりをリアルタイムで地図表示する。 【震度予測と警報出力】評価地点での予測震度を 計算し、震度を画面上に大きく表示する。予測震 度計算には、司・翠川（1999）による距離減衰式、 内閣府地震被害想定支援マニュアル(1999)によ る速度と計測震度の関係式を用いた。司・翠川の 式はマグニチュードが６以上の地震を対象にし たものであるが、それ以下の地震に関しても外挿 図４ する形で使用している。地震発生時は、画面表示 地震情報受信時のＰＣ画面 2005 年８月 16 日の宮城県沖の地震の例。Ｓ波到達ま で残り 34 秒、評価地点における予測震度は３と表示 している（つくば付近の実測震度は３～４）。 と同時に人の音声による震度の警告も行う。 【同時地震に対応】ほぼ同時に複数の地震情報を 受信した場合にも対応できるようにした。この場 合は、評価地点での予測震度の大きな地震を優先 して表示を行う。 【情報の保存再生】受信したすべての緊急地震情 報を自動保存する。受信内容の確認、これらのデ ータは、後で再生することが可能である。 【観測点の波形、振幅の表示（オプション） 】伝送 帯域の広いＬＡＮ環境では、震源計算に使用した 観測点の波形、振幅をリアルタイム表示できるよ うにした。処理途中の波形や振幅を確認すること により、震源計算が正常に実行されているかどう かを監視することが可能である。現在、防災科学 技術研究所および気象庁の表示・警報ソフトで、 図５ ＬＡＮ環境における観測波形と振幅の表示 地図の右側に観測波形が表示されシステムが正しい波形読み 取りを行っていることが確認できる。また観測点におけるＰ 波振幅が地図上に表意されている。 このオプションが利用されている。 - 22 - ５．試験運用を通して DVB による配信・受信システムは、大学などの研究機関で利用可能であり、現在、全国１０大学で使用され ている。また防災科学技術研究所内、気象庁内ではＬＡＮ環境の下で表示・警報ソフトが稼動している。2003 年 3 月～2005 年 8 月末までの期間で 20059 地震の情報が配信されており、一日平均約 20 地震の情報が配信さ れたことになる。以下、２年半の試験運用期間を通して確認できたことがらを項目別に示す。 【DVB 衛星通信・ハードウェアについて】 １）DVB 衛星通信による伝送遅延は実測 0.5 秒以 下である（図６参照）。 ２）衛星からの信号はほぼ安定して受信可能で なることがある。 ３）受信機は連続運転させてもハングすること はなく、安定して稼動する。 ４）性能の低いＰＣ上では地震情報受信時にま % あるが、雷雨、降雪時などに一時受信不能に 40 35 30 25 20 15 10 5 0 N=100 250 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 れにパケット落ちが発生することがある delay(msec) （pentium4、１GHz 程度以上のＣＰＵであれ 図６ ば問題ない） 。 DVB 衛星通信による伝送遅延 平均遅延 0.470s であり、大きなばらつきはな い（特に遅れの大きなパケットはない）。 【運用に際して重要な項目】 １）緊急地震情報の提供者は、ユーザーに緊急地震 情報の原理、性質、その限界を説明する必要がある。 ２）試験運用期間であっても、システムを安定稼動させることが重要である（システムトラブルは緊急地震情 報への信頼感を大幅に低減させる） 。 ３）通常時のシステムのヘルスチェックは不可欠である。 ４）ほぼ同じ時間に地震が発生することもある。その際、重要な地震情報を優先するシステムとするべきであ る。 ５）受信頻度の比較的高い小地震の情報は、システムが正常に機能している安心感をユーザーに与え、同時に 緊急地震情報の受信に（良い意味でも悪い意味でも）慣れる役割を果たす。 ６）ユーザーは常にＰＣの前にいるわけではない。その際、音声による通知、警報が非常に有効である。 ７）ユーザー側では、予測震度と実測震度との比較によってシステムの精度の判断を行うことが多い。予測震 度は原理的にある程度の誤差を含んでいるため、現時点における予測震度の精度の限界をユーザーに理解 してもらう必要がある。 ８）大きな地震の場合、情報配信の最中にも破壊は進行し、緊急地震情報で伝えられる地震規模は時間の経過 とともに大きくなる。緊急地震情報の内容は時間とともに変化するものであり、最新の情報が最も正解に 近いことをユーザーに理解してもらう必要がある。またシステムも情報の更新に対応できるように設計す ることが必要である。 ９）緊急地震情報を受けた時の行動に関して、ユーザーは前もって検討し訓練する必要がある（準備もなく、 - 23 - 突然警報を聞いても多くの場合身動きができない）。 【今後の展開】 １） より精度の高い震度予測法を導入することが望まれる。震度マグニチュードによる震度計算手法の導 入、評価地点近くに地震計が存在する場合は予測震度と実測震度の比較による表層地盤増幅率の自動補正 などが考えられる。 ２） 緊急地震情報の伝達経路におけるセキュリティーを考慮する必要がある。 ３） 伝達経路を含むシステム全体に冗長性を持たせ、安定した稼動を目指す必要がある。 ６．まとめ 防災科学技術研究所と気象庁の協力体制のもと、2004 年 2 月より気象庁から緊急地震速報の配信が開始さ れ、実用的な情報伝達手段の構築と受信側のシステム構築が必要な段階となってきた。緊急地震速報は重要度 の極めて高い防災情報であり、冗長性を高めるため複数の経路で伝達されることが望ましいが、ここで述べた DVB 衛星通信による配信・受信システムは、設置の容易さ、性能、信頼性などの利点も多いため、その一端を 担うものになり得る。また DVB 衛星通信による配信・受信システムの試験運用を通して得た知見は、今後のシ ステム開発と運用に十分反映させる必要がある。 ＊ DVB 衛星通信による緊急地震速報の受信には気象庁、東京大学地震研究所への申請が必要です。表示・ 警報ソフトウェアは大学での使用に限り防災科学技術研究所から無償で提供されます。 参考文献 堀内茂木・山本俊六、2005、緊急地震速報における震度マグニチュードの提案、地球惑星科学関連学会 2005 年合同大会予稿集、S046&003. 卜部 卓・鶴岡 弘・平田 直・植平賢司・大見士朗、2003、IP/DVB 方式による地震データの衛星配信実験、 地球惑星科学関連学会 2003 年合同大会予稿集、S048&P010. 山本俊六・堀内茂木・根岸弘明・卜部 卓、2005、DVB 衛星通信を利用した緊急地震情報の配信・受信システ ム、地震、５８、71-76. - 24 - 藤沢市と東京海上日動リスクコンサルティングにおける 緊急地震情報利活用の実証試験 山本 俊六 [email protected] 防災科学技術研究所 １．はじめに 防災科学技術研究所では、緊急地震情報の配信・受信手段、ユーザー側における緊急地震情報の有効性、実 用性を検証するため、地方自治体（神奈川県藤沢市）および民間企業（東京海上日動リスクコンサルティング （株））と共同体制のもと、2002 年より緊急地震情報の利活用に関する実証試験を開始した。緊急地震情報は、 これまで存在しなかった新しい種類の情報であるため、実証試験では、それぞれのユーザーの目的に合わせて 初期のシステムが設計・開発された後、実際に一日平均約２０回程度配信される緊急地震情報を直接受信する 実戦的な環境の下で、ユーザーの意見を反映しながら、システムの改良と拡張が進められた。また、この過程 で、情報配信側も配信手段の信頼性、ユーザーの要求する配信内容、情報の精度などに関して有益な情報を得 ることができた。今後、それぞれのシステムは気象庁の緊急地震速報を直接受信できるように修正され、実証 試験用システムから実運用的システムに向けて発展する予定である。ここでは、これまでのシステム開発過程 を振り返り、それぞれのシステムの目指す目的、システムの内容、実証試験を通して検証された事がら、今後 の課題に関して述べる。 ２．藤沢市における実証試験 １）概要 神奈川県藤沢市における緊急地震情報利用の実証試験は 2002 年 7 月より始まった。緊急地震情報利用の最 終的な目標は、市職員や市民への地震情報の周知による安全確保、関連機関の地震防災対応の早期開始などで あるが、実証試験では配信範囲を限定し、以下のような段階を経て、目標に向けた緊急地震情報活用システム 開発と試験運用が行われた（図１参照）。 【第１フェーズ】藤沢市の地震防災対策の中枢である総合防災センターへ緊急地震情報の配信を行い、総合 防災センター内の職員への地震情報の周知、安全確保、地震防災対応の早期開始の手助けを行うことを目的と する。同時にシステムの信頼性、安定性、性能に関する評価も行う。 【第２フェーズ】総合防災センターから藤沢市内の地区防災拠点１３箇所（市民センターや公民館）へ緊急 地震情報の２次配信を行い、各拠点施設内の職員、市民への地震情報の周知、安全確保、早期対応への手助け を行う。また実証試験を通してシステムに関するアンケート調査などを行い、その後のシステム開発に反映さ せる。 【第３フェーズ】総合防災センターからの２次配信先に、市民病院、小中学校各１校を追加する。また表示 ソフトを改良し、人の音声による警告や地震情報をトリガーとした電源制御の機能を追加する。 【第４フェーズ】システムを移動系無線と自動連動させることにより、有線通信インフラに寄らず、より多 - 25 - くの場所で緊急地震情報を受信・活用できるようにする。また、表示ソフトの改良を行い予測値の精度を上げ る。 防災科学技術研究所 地震観測網 ＦＲ 藤沢市総合防災センター １次配信 自動震源決定 専用線 システム 第１フェーズ （2002 年度） ２次配信 移動系無線 藤沢市地域イントラネット 第２フェーズ 第３フェーズ 第４フェーズ （2002 年度） （2003 年度） (2004 年度～) 藤沢市地区防災拠点 市民病院 消防署 （１３箇所） 小中学校 その他の場所 表示ソフト 第１～第２フェーズ：震度、余裕時間の画面表示、警告音による警告 第３～第４フェーズ：震度、余裕時間の画面表示、人の音声による警告、電源制御 図１ 藤沢市の緊急地震情報活用システムの展開 ２）システム構成と機能 緊急地震情報活用システムの構成を図２に示す。防災科学技術研究所の配信サーバと藤沢市の受信サーバは 専用回線（ＤＡ６４：伝送帯域 64Kbps）で接続され、ＴＰＣ／ＩＰプロトコルでＸＭＬ書式の緊急地震情報 データ通信が行われる。受信サーバは緊急地震情報を受信すると、ＬＡＮ、地域イントラネット経由で情報の ２次配信を行い、２次配信先の表示端末はトリガー判定後、震度、余裕時間、震源情報などを画面表示し、人 の音声による警告を併せて行う（図３参照）。トリガーには、マグニチュード、予測震度、震源計算に用いた Ｐ波観測点数が使用される。一部の２次配信先（総合防災センター、市民病院、小中学校）には電源制御装置 が接続されており、予測震度が設定された値以上の場合、電源ＯＮ・ＯＦＦによる制御を行うことが可能であ る。総合防災センターではこの電源制御装置が移動系無線装置の送信機に接続され、表示端末の音声出力を無 線機子機に送信する仕組みとなっている。 実機試験の結果、防災科学技術研究所配信サーバから藤沢市総合防災センター受信サーバまでの１次配信伝 送時間は平均 155ms、総合防災センター受信サーバから２次配信先表示端末までの２次配信伝送時間は平均 85s であり、表示処理などを含めても防災科学技術研究所サーバから配信されたデータが２次配信先で表示さ - 26 - れるまでの時間は平均 244ms（最大 663ms、最小 138ms）となった。 藤沢市 防災科研 ルータ 配信サーバ ルータ DA64 受信サーバ 表示端末 防災科学技術研究所 藤沢市総合防災 センター ルータ 無線装置親局 Ｌ３ 表示端末 電源制御装置 図３ 無線 表示端末 ルータ 市民病院 小中学校 図２ 電源制御装置 Ｌ３ 地域イントラ(100Mbps) Ｌ３ ルータ 地区防災拠点 （１３箇所） 移動系無線子機 移動系無線子機 移動系無線子機 消防署など 藤沢市緊急地震情報活用システムとネットワーク構成（一部例外有り） ２次配信先における表示端末関連の状況 （左上）ラックに設置された端末用ＰＣ （右上）緊急地震情報受信時の画面表示 （右下）電源制御装置の拡大写真 - 27 - ３）藤沢市におけるシステムの利活用と今後の課題 緊急地震情報を有効に活用するためには、情報の内容やシステムに関する知識、情報受信時の行動マニュア ルの事前準備とそれに従った実践が必要である。藤沢市では、市民を対象に、ホームページ、各地区防災拠点 の掲示板、防災に関連した講演会などを利用してシステムの概要を説明する試みが行われている。また、防災 科学技術研究所職員、総合防災センター職員、市民病院職員、学校職員、消防職員などによる打ち合わせを行 い、システムの利用方針やその行動マニュアルの作成準備を進めている。このようなユーザー側の素地作りは まだ始まったばかりであり、今後も十分に進める必要がある。 システム設置以降、藤沢市は数度の有感地震を経験している（幸いなことに被害の出る地震は経験していな い）。このようなシステム稼動の機会を通して、予測震度の誤差の指摘、人の音声による情報通知機能の希望、 地震情報の表示内容や表示方法に関する意見、トリガー条件に関する意見など、ユーザーより多くの声が寄せ られた。そのような声を反映し、表示ソフトウェアの改良が行われ、人の声による警告機能の追加、地盤増幅 率の見直し、時刻予測精度の向上、トリガー条件の変更などが行われた。このうち震度予測は、震源情報（震 源位置、規模）、距離減衰式、増幅率、震度換算式など多くの要因が関連するため、精度向上は容易ではない。 ただし、予測震度はユーザーにとって非常に重要な指標であり、システムへの信頼感を高めるためにも、より 精度の高い震度予測を行えるように情報配信側システム、受信側システムともに改良を重ねることが重要と考 える。その他、システムと無線装置・放送との連動を想定して、電源制御機能も追加された。この機能は、ユ ーザーの目的に応じて他の機器との連動させることも可能であり、現在ユーザーの意見を収集中である。 ３．東京海上日動リスクコンサルティングにおける実証試験 １）概要 防災科学技術研究所は 2003 年 6 月より東京海上日動リスクコンサルティング（株）（以下ＴＲＣ）に向け た緊急地震情報の配信を開始した。ＴＲＣでは、緊急地震情報を、社員の安全確保、担当者の呼び出しや支払 い保険金算定などの迅速な損害査定体制の構築に利用することを目的としている。企業の業務内容に直接関連 する情報であるため、システムには十分な信頼性、安定性、セキュリティー対策などの安全性が要求され、精 度の高い情報が望まれる。ＴＲＣにおける緊急地震情報活用システムは以下のようなフェーズを経て構築され た。 【第１フェーズ】防災科学技術研究所とＴＲＣを専用回線で接続し、社員向けの地震警告、担当者の自動 呼出し、支払い保険金算定システムとの連動を行う。また試験運用を通して、ユーザーの意見を収集する。 【第２フェーズ】システム安定稼動と予測精度向上のために、稼動監視システムを追加し、演算ルーチン の改良を行う。 図４にＴＲＣの地震情報活用システムの概要を示す。 - 28 - 東京海上日動 リスクコンサルティング（株） 社員向け警報 防災科学技術研究所 携帯電話呼び出し 地震観測網 ＦＲ 自動震源決定 専用線 第１フェーズ （2003 年度） 支払い保険金算定 システムとの連動 システム 稼動監視システム 第２フェーズ （2004 年度～） 高精度化 図４ ＴＲＣの緊急地震情報活用システムの展開 ２）システムの構成 藤沢市システムと同様に、防災科学技術研究所の配信サーバと藤沢市の受信サーバは専用回線（ＤＡ６４） で接続され、ＴＰＣ／ＩＰプロトコルでＸＭＬ書式の緊急地震情報データ通信が行われる。ＴＲＣ内の受信サ ーバは、受信した緊急地震情報を、演算表示クライアント、メール配信クライアントに送信し、即座に画面表 示、サイレン、パトランプによる社員向け警告、メールによる社員呼び出しを行う。また震源位置、規模、震 源メカニズムから断層パラメータを簡便に推定するソフトウェアを経由して、支払い保険金算定システムとの 連動も行われる。稼動監視ソフトは、各ソフトウェアの生存と通信状態の監視を常時行い、異常時はシステム の再起動を行う。セキュリティー面を考慮し、システムは社内ＬＡＮ、インターネットから切り離されており、 メール配信にはインターネットを経由しないショートメールを用いている。図５に、演算表示クライアントに よる警告の様子、メール配信クライアントによる配信情報の内容、断層パラメータを推定するソフトウェアの 画面を示す。 図５ ＴＲＣ内で稼動する各クライアントの状況 （左）社内に設置された演算表示クライアントのディスプレイとパトランプ （中央）メール配信クライアントによる配信内容 （右）震源情報から推定された断層パラメータ - 29 - ３）ＴＲＣにおけるシステムの利活用と今後の課題 緊急地震情報を社員の安全確保のみならず、地震直後の早期査定体制の構築に利用できることは、地震保険 を扱う民間企業として、大きな利点である。ただし、実運用の際には、システムの信頼性、安定性は必須条件 であり、緊急地震情報や処理結果にも高い精度が要求される。そのためには、システムや通信回線の２重化、 システム監視維持体制の確立、情報精度を上げるための処理手法の改良、情報の追加、蓄積されたデータによ る処理結果の検証などを考える必要がある。たとえば地震による支払い保険金を精度良く算定するためには、 断層面に関する情報が必要であるが、現在そのような情報は即時的には提供されていない。技術的に可能であ れば、目的に応じて、今後このような新しい情報の配信も考慮する必要がある。 参考文献 藤沢市、リアルタイム地震情報活用システムの実証研究について、http: //www.city.fujisawa.kanagawa.jp /bousai/data00969.shtml 東京海上日動火災保険（株）、地震発生時の人的被害提言に向けて「リアルタイム地震情報活用システム」の 実用化、http://www.tokiomarine-nichido.co.jp/j0201/pdf/040212.pdf 根岸弘明・山本俊六・坂田正治・阿部眞二・茂木利夫・薩田 2004、リアルタイム地震情報の利活用 隆・杉山 登・松本 優、指田朝久・大金義明 －藤沢市及び東京海上リスクコンサルティングにおける実証的研究 －、地球惑星科学関連学会 2004 年合同大会予稿集、S046&P027. - 30 - 検出した地震が巨大地震に成長する確率を用いた地震早期警報システム 防災科学技術研究所 井元政二郎 統計数理研究所 岩田貴樹 防災科学技術研究所 堀内茂木 1. はじめに 地震早期警報システム(EEWS)の中で震源パラメータ(位置，マグニチュード)の速やかな決 定は基本的な重要事項であり，このため防災科学技術研究所ではアルゴリズムの研究開発 を進めている．しかしながら，大規模な地震においてはマグニチュード(Ｍ)を速やかに決定 することは，困難である。EEWS で早期に決定されるマグニチュードは，通常時間経過と ともにより大きな規模に改訂され，最終的なマグニチュードに落ち着く．Ｍ7 やＭ8 のよう な大規模な地震では破壊継続時間が数秒より長いので，最終的なマグニチュードに落ち着 くまで長い時間を要する．従って，巨大地震の発生予想域で検出された小さな破壊が巨大 地震に成長する可能性を早期に評価することは，有効であると考えられる．ここでは， EEWS で検出された小さな地震が成長して巨大地震となる確率を求める手法を述べ，それ を東南海・南海地震の震源域に適用する． 2. 最終地震規模の確率評価 EEWS である時点において検出された成長過程のマグニチュードを Mobs とし，この地震 が時間経過とともに成長し，ついにはある一定のマグニチュード Mth を越える確率を考え る．ここで，マグニチュードが Mth より大きい場合に，その地震を危惧されている巨大地 震と見なす．この確率の計算では，当該地域における過去の地震に基づく規模別頻度分布 p(M)(M の確率密度関数)が重要な役割を果たす．EEWS のマグニチュードが Mobs である との条件の下で，最終地震規模 Mfin が Mth を越える確率（条件付き確率; 地震成長確率） P(Mfin≥ Mth| Mobs)は、p(M)，Mth および Mobs を用いて次の式で表される． P ( M fin ≥ M th | M obs ∫ )= ∫ ∞ M th ∞ M obs p ( M )dM (1) p ( M )dM 式(1)右辺は，図１の濃い影の面積を影（濃淡）の面積で割った値である． 3.南海トラフへ適用 上に述べた方法を，日本の南西の海岸に沿って位置する南海トラフ(図２)に適用する．この 地域では，およそＭ８の破壊的なプレート境界地震が約 100 年の間隔で繰り返し発生して いる．前回の地震が 1944 年と 1946 年に発生しており，次の地震が今世紀の中頃に生じる 可能性が高い．この地域の地震活動については，歴史記録に基づく震源表が整備されてお り，マグニチュードの確率密度を見積もることができる． -31- 図２に、次の東南海，南海地震の想定震源域を示す．まず，震源域内に発生する地震の 規模別頻度を分布求める．ここで，宇佐美および宇津によって編集された震源表から 17 世 紀以後にこの地域で発生した地震だけを選び，これに気象庁(JMA)震源表に記載されている 最近の地震を追加した． 3.1. 歴史地震の規模別頻度分布 図３は，選び出した地震の規模別頻度分布を示す．データの完全性を調べるために，気 象庁震源表による 1976 年から 2000 年までの地震の分布と比較してみる。二つの震源表の 期間が異なるので，比較の便宜上、両震源表ともに期間 500 年の頻度に換算してみる。そ の結果，Ｍ5.0 以上の大きな地震の数は，歴史地震震源表と気象庁震源表とでほぼ同じ数だ け補足されていることがわかる．さらに，規模別頻度分布に関するグーテンベルク・リヒ ター(GR)則と呼ばれる規模と対数頻度との線形関係が，歴史地震についてよく適用できる ことがわかる．これらから，歴史地震震源表ではＭ5.0 以上の大きな地震がほぼもれなく補 足されていると結論でき，マグニチュードの確率密度分布の調査にこの震源表を用いる． 計算に用いた地震数は 92 である． 図３のもう一つの明白な特徴は，マグニチュード７以上において，規模と対数頻度との 線形関係からはずれることである．言いかえれば，歴史上の大規模地震の数は GR 則によ って予想された数より多い．この特徴に注目して地震規模頻度分布をモデル化するには， 固有地震の特徴として考慮することが必要となる． 3.2. 確率密度分布の評価 巨大地震に成長していく確率を調べるために，最初にマグニチュードの確率密度関数を 歴史地震に基づき見積もる．この際，前節に述べたように，固有地震の可能性を考慮する． このため，GR 則に従う地震，および固有地震に属する地震が 1-γ:γの比率で混合されると考 える．すなわち，次の確率密度関数 p(Ｍ)を適用する: p ( M ) = (1 − γ ) ⋅ β exp(− βM ) + γ ⋅ (M − µ ) 2 1 （２） exp − 2σ 2 2π σ 右辺第一項は，GR 則に対応する指数分布である．ここに，GR 則の b-値は β=b ln10 であ る．第 2 項は，固有地震の規模の分布が，平均マグニチュードµで標準偏差σで表される正 規分布となることを想定している．ここで 2 つのモデルを検討の対象とした:1 つ(モデル A) は、固有地震の存在を仮定しない(式(2)中のγ=0);他のモデル(モデル B)は，存在を仮定する． モデルの適合度比較には，最尤法および Akaike 情報量規準(AIC)がよく使用される．しか しながら，データの量が少ない場合は，最尤法や AIC によって得られた結果に偏りが生じ る．これを考慮して，ここではベイズの手法を利用する。二つのモデルに対応した仮説 HA および HB について，それぞれの周辺尤度 pr(M|Hk)を以下のように計算する: -32- pr (M | H k ) = ∫ L(θ k | M, H k )π (θ k | H k )dθ k Θk (k = A, B) L(θ k | M, H k ) = ∏ p ( M i ) （３） （４） i θk が Hk の下でのパラメータに相当し，L(θk|M，Hk)はデータ M の尤度関数で，π(θk， Hk)はθk の事前分布である．また，Θk はθk の母数空間である．周辺尤度のより大きいモ デルがより高い適合性を示すと考える．pr(M|Hk)を計算するためには，式(3)中の事前分布 の定義が必要となる．ここで，いくつかの尤もらしい仮定のもとに事前分布を定義した． その結果，ln pr(M|HA)= 282.49 および ln pr(M|HB)=283.07. を得る．モデル A の周辺 尤度がモデル B より大きいので，モデル A が，データにより高い適合性を示すと考えられ る．二つの周辺尤度の差は，モデル B に対するモデル A の優劣を示す指標として，ベイズ 因子 BAB でみることが出来る．これは，次の式で定義される． B AB = pr (M | H A ) （５） pr (M | H B ) 周辺尤度の計算から，2lnBAB=1.16 を得る．これは、モデル A がモデル B より有意に優れ ていると結論するには，十分な値ではない．このため，両方のモデルについて考察を進め る． また，Q(θk|M)，パラメータθk の確率密度(すなわち事後分布)を，以下のように推定す る． Q(θ k | M ) = L(θ k | M, H k )π (θ k ) ∫ Θk L(θ k | M, H k )π (θ k )dθ k （６） 式(6)の中で与えられた事後分布を用いて，モデル・パラメータのベイズ推定 (事後分布によ る平均)は次式で与えられる: θˆk = ∫ θ k Q(θ k | M )dθ k （７） Θk 結果は表 1 に示されている．マグニチュードに関する確率密度関数のベイズ推定は次式で 与えられる: pˆ ( M ) = ∫ p ( M | θ k )Q(θ k | M )dθ k （８） Θk 3.3. 巨大地震に成長する確率 前節の二つのモデルから得られた確率密度に基づいて，式(1)の中で確率を検討する．こ こで，南海トラフに発生する巨大地震がおよそＭ8 であるので，Mth=7.5 と設定する． EEWS -33- の初期段階で検測されたマグニチュード(Mobs)の関数として，地震成長確率のベイズ推定 が式(8)と同様にして評価できる．図４は，地震成長確率 P(Mfin≥ 7.5|Mobs) のベイズ推 定を示す．横軸はある時点での Mobs の値であり，縦軸は最終規模が M7.5 を超える確率で ある．モデル A による結果が灰色線，モデル B が黒色線で示されている．例えば，Mobs=6.5 の時点では，モデル A および B がそれぞれ 25%および 41%を示している．モデル A とモ デルＢとで適合性に大きな差がないので，真の確率は両者の中間，25%と 41%の間にある ものと思われる．典型的なマグニチュードの分布（b=1.0)では，成長確率は 10%である（破 線）．これは，提案した方法が南海トラフに発生する巨大地震に対して有効であることを示 唆している． 1944 年東南海地震（Ｍ7.9)では，破壊がマグニチュード 6.5 から 7.5 に成長するのにおよ そ 16 秒が経過している．また，2003 年十勝沖(Mw8.3)では，防災科学技術研究所の EEWS がＭ6.5 を検出してからＭ7.5 を検出するまでにおよそ 10 秒が経過している． これらの例 が平均的なものとすると，提案した方法では，決定論的な警報発令のおよそ 10-15 秒前に 確率論的な警報を出すことができる． -34- βˆ γˆ σ̂ µ̂ ln pr ( M | H k ) model A 1.31 0.0(restricted) − − -282.49 model B 1.51 0.0488 0.308 7.96 -283.07 表１ モデル・パラメータの推定結果．最後の欄は周辺尤度の対数である． 確率の対数 p(M) M obs マグニチュード M th 図１ マグニチュードの密度分布から地震成長確率を求める模式図． 36 35 34 33 32 31 131 132 133 134 図２ 東南海南海地震の震源想定域． 135 -35- 136 137 138 139 104 Historical data JMA data 102 101 100 3 4 5 6 7 8 9 Magnitude 図３ 地震規模別頻度分布．歴史地震と最近の地震． 1.0 0.8 Probability Number 103 0.6 0.4 0.2 0.0 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 Magnitude 図４ 二つのモデルによる地震成長確率．モデル A とモデルＢの結果を，灰色と黒色でそ れぞれ表わす．破線は典型的な地震規模分布の場合を表す． -36- （２）緊急地震速報について （３）緊急地震速報を利用した減災対策 巨大地震による 長周期地震動とその対策 入倉孝次郎1 愛知工業大学地域防災研究センター（〒４７０－０３９２ 豊田市八草町八千草１２４７） E-mail:[email protected] 今世紀の前半にも発生の可能性の高い南海トラフ地震はマグニチュード 8.0～8.4 の巨大地震で，南関 東から九州に至る広い地域が強い長周期の地震動に襲われることになる．強震動域となる名古屋，大阪， 東京などの巨大都市およびその周辺域には，未だ巨大地震の地震動では験されていない超高層建築物，免 震構造物，長大橋，石油タンクなどの長周期構造物が存在する．震源域近傍では長周期のみならず短周期 を含む広帯域の強震動が予測されるがそこには新幹線や高速道路など我が国の基幹交通網が走っている． しかしながら，このような巨大地震が発生したときの大都市の堆積盆地における長周期を含む広帯域地震 動の特性について，これまで地震防災の観点から殆ど検討がされてこなかった．予測される広帯域地震動 に対して既存の都市構造物が十分な耐震性を有しているかどうかの照査は緊急の課題といえる．構造物の 耐震診断や補強に不可欠な巨大地震の地震動の予測に関する調査研究の到達点と今後の展望について報告 する。 Key Words : devastating great earthquake, broad-band ground motion, Nankai-trough earthquake, , strong motion prediction 1. はじめに 東海から四国沖にある南海トラフで巨大地震の高い 発生確率は 2005 年１月を起点として今後 30 年以内に東 南海タイプ地震が 61%であることが地震調査委員会より 報告された（地震調査委員会, 2005）。これらの南海ト ラフ地震は 2003 年十勝沖地震の直前の発生確率とほぼ 同じになっており、その意味ではいつ起こっても可笑し くない段階になってきた。しかしながら、地震の発生確 率が高いというだけでは被害を軽減するための対策は立 てられない。将来の大地震による被害をできるだけ少な くするは、地震発生の高い地震が実際に起こったとき構 造物の被害の元となる地面の強い揺れ、強震動、がどの 程度かの情報が不可欠となる。 南海トラフ沿いに発生する東海地震や南海地震は 2003 年十勝沖地震と同じプレート境界に発生する海溝 型の巨大地震である。これらの地震による揺れは内陸の 活断層に起こった 1995 年兵庫県地震とは異なった性質 をもつ。内陸地震による被害は震源となる断層付近に酋 長するが、海溝型地震による被害は震源域から遙か離れ た地域に及ぶことがある。2003 年十勝沖地震の時、特 に大きな被害の出た苫小牧西港は震源域から 200 km も 離れていた。 海溝型の巨大地震による揺れは震源近傍の地域では短 周期も長周期ももつ広帯域強震動を引き起こす。長周期 の地震動は、図１の十勝沖地震の例で示されるように、 殆ど減衰しないで伝わり堆積盆地地域で大きく増幅され る性質がある（岩田, 2003）。2005 年紀伊半島南東沖地 震でも図２に示されるように大阪湾沿岸域、伊勢湾沿岸 域、東京湾沿岸域など長周期の大きな揺れが観測された （古村, 2004）。幸い紀伊半島南東沖地震は 2003 年十勝 沖地震に比べかなり小さく震源域も沿岸から遠く離れて いたため被害を引き起こすほど強さはなかった。想定さ れている東海地震や南海地震は今回の地震より規模が一 回り大きく震源域も沿岸にきわめて近いところに発生す る。 ここでは、確実にやってくる巨大地震やその前後の内 陸の活断層地震に対する「揺れの予測」の現状と問題点 を総括して、我々がどのような備えをすべきか考えてみ たい。とくに、南海トラフ地震の震源域に近い地域では、 想定する震源モデルや地下構造に依存して予測結果が大 きく変わること、さらに震源からかなり離れた地域でも 長周期の揺れにより被害が引き起こされる可能性がある こと、など巨大地震特有の性質に注意すべきであろう。 - 71 - 図１. 2003 年十勝沖地震により生成された長周期地震動。 上：震源から苫小牧方面に向かう K-NET 観測点。下：東西動速度記録 （一秒で LPF）。震央距離で並べている。（岩田、2003） - 72 - 図２ 2004 年 9 月 5 日紀伊半島南東沖の地震（M.7.4）と長周期地震動 上 震度 震度は同心円上に弱まり、関東の揺れは最大震度２程度 下 最大変位―長周期地震動 千葉県姉崎石油コンビナートでは液面変動 23cmが記録された。（古村、2004） 2. 巨大地震からの長周期地震動 繰り返し発生する「南海トラフ地震」は，1944 年 と 1946 年の昭和東南海、南海地震、1854 年安政東海、 南海地震、1704 年宝永地震のように震源域の大きさ やそこからの揺れの強さがいつも同じというわけでは ない．最近の強震動の研究から，地震のときの揺れの 強さは震源域の大きさというよりむしろ震源域のなか のすべりの不均質性によることがわかってきた（入 倉・三宅, 2001)。震源域はそこでのすべりの不均質性 からいくつかの断層セグメントに分けられる。断層セ グメントの組み合わせでいくつかの異なったシナリオ - 73 - の地震が発生する、と考えられる。 それではどうしてすべりの不均質性は生じるのだ ろうか。巨大地震の“巣”となっている四国沖の海底 の南海トラフでは，日本列島の陸側のプレートの下に， 海側のプレートが沈み込もうとしている．南海地震は 陸のプレートの“跳ね上がり”で起こると考えられて いる．陸と海の２つのプレートの接触面が凸凹してお り，プレートが強くくっついている固着域と弱くくっ ついているところがあり，その結果として地震のとき すべりの不均質が生じる。プレートが強くくっついて いるところがアスペリティと呼ばれ，そこから強い揺 れが生成される．したがって、将来の地震の震源域の 中で固着域とそうでないところがわかればつぎの地震 の強震動予測の重要な情報となる。 最近の GPS（全地球測位システム）による地殻の動 きの精密な測定，高密度地震観測網による微小地震の 活動の不均質性や震源メカニズムの変化，さらに反射 波を用いたプレートの境界の詳細な形状や反射強度の 測定などにより，２つのプレートの凸凹具合，それに 伴う固着の程度，などの研究が進みつつある。例えば， 菊地・山中(2001)は、1968 年十勝沖地震のときの 2 つ のアスペリティのうち南側のアスペリティが 1994 年 三陸はるか沖地震のときのアスペリティとほぼ同じと ころに位置することから、アスペリティは繰り返す可 能性が高いことを指摘している．このことは，地震の 前にアスペリティがどこにあるかがわかれば，次の地 震がどのような震源域でどの程度の規模となるか，さ らにどこに強い揺れを生じるかが予測可能となること を示すもの、と考えられる． 強震動を予測する上で重要なのは震源の性質のみな らず地下構造や表層地盤の地震動への影響である。 1995 年兵庫県南部地震のとき震源となったのは野島、 須磨、諏訪山断層など六甲断層系を構成する断層群と 推定されているが、大きな被害は震源断層の直上では なく断層線から南に 1～2 km 離れた軟らかい表層地質 をもつ堆積盆地側に分布したことが知られている。こ れらの被害の集中域は帯状に連なっていることから 「震災の帯」と呼ばれた。その後の研究でなぜこのよ うな現象が起きたかが明らかになってきた(入倉, 2002)。 この地震の被害分布の特徴として、震源となった断層 帯の北側に位置する六甲の丘陵地域は表層地質が岩盤 や硬質地盤のため震源近傍にもかかわらず殆ど被害を 受けなかったことがあげられる。またもう１つの特徴 として、震源断層は阪神側だけでなく淡路側も延びて いるのに阪神側の方が被害が大きかったことがあげら れる。これは阪神側のほうが人口密度が高く家屋が密 中央防災会議も想定東海地震および東南海、南海地震 集していたことにもよるがそれだけでは説明は不十分 である。 これらの被害の分布は強震動予測する上での問題点 を教えてくれている。「震災の帯」の生成原因は、① 断層破壊が明石海峡から阪神方向に伝播したことによ り阪神側には破壊伝播の指向性効果によりパルス状の 衝撃的地震動が生じ、②さらにこの地震動は、盆地端 部付近で速度の遅い堆積層内を下からゆっくり上昇し てくる波と速度の速い岩盤側から回りこみ堆積層内を 水平方向に伝わる波とが重なりあって、断層から１～ ２km 離れたところで大きく増幅された、ことによる と考えられている 3)。大きな被害が生じたもう 1 つの 原因は、地震動と構造物の周期特性の関係があげられ る。「震災の帯」付近で観測された地震動は周期約１ 秒の２つのパルス状の波形からなっていた。このパル ス状波形は阪神側の震源断層に存在した２つのアスペ リティからの地震動によるものである。この 1 秒付近 の卓越周期は中低層構造物や木造家屋の強震動時の揺 れやすい周期と一致しているため、構造物が大きく揺 れて大破壊に至った、と考えられている。 このように強震動の性質は震源の大きさ・破壊伝播 方向や震源から対象地域までの地下構造、さらに地盤 条件によって大きく変わる。兵庫県南部地震のような 直下地震では木造家屋や中低層の構造物が大きな被害 を受けたが、巨大地震ではその地震動の周期特性も異 なるため兵庫県南部地震では被害を受けなかった構造 物に被害が起こる懸念もある。 予想される南海トラフの巨大地震の震源域は 1995 年兵庫南部地震に比べると 50 倍以上の面積にもなり， そこから生成される地震動は兵庫県南部地震の時のよ うな 10 数秒という短い時間の揺れではなく、大振幅 で継続時間の長い強震動がきわめて広域を襲うと考え られる．巨大地震に対して予測される強震動により関 西地域の家屋や構造物がどのような被害を受けるかの 研究が極めて重要となっている。 3. 強震動評価とそれによる被害の予測 国の地震調査委員会や中央防災会議では最近の地 震学の成果を取り入れて，近い将来発生が予測されて いる「南海トラフ地震」や内陸活断層地震による被害 を軽減するための強震動の定量的評価を試みている． 地震調査委員会はこれまでに糸魚川・静岡構造線断層 地震をはじめとする内陸活断層地震や東南海、南海地 震などの海溝型地震の強震動評価を行い発表している。 中央防災会議も想定東海地震および東南海、南海地震 - 74 - の震度および津波高の予測を行いこれらの地震に対す る被害予測を行っている。 想定される地震に対してその強震動を予測するには， 巨視的震源パラメータとしての断層面積と地震モーメ ント、地震規模（マグニチュード）のみならず微視的 震源パラメータとしてのアスペリティの位置，サイズ， そこでの応力降下量の設定が必要となる。例えば、 「南海トラフ地震」を例にとると、巨視的パラメータ は以下のように設定される。 震源域は、微小地震の震源分布と速度構造調査な どからプレート境界面を推定し、過去の地震の地殻変 動、津波、震度分布などから水平方向の広がり、さら に温度分布から深さ約 10 km ～30 km の地震発生層の 幅を推定することにより総断層面積が想定される。過 去の地震から震源域での平均応力降下量を仮定すると、 断層面積から地震モーメント、そして地震マグニチュ ードが計算される。微視的パラメータについては、過 去の地震（ここでは 1944 年昭和東南海地震および 1946 年昭和南海地震）の震源すべり分布に対するイ ンバージョン結果を参考にアスペリティの位置を決め、 アスペリティの面積とそこでの応力降下量はこれまで の海溝型地震の加速度震源スペクトルレベルから推定 される。 次におこる東南海・南海地震が昭和タイプか安政 タイプかあるいは宝永タイプとなるかはわからない． 必ずやってくる巨大地震による被害を出来る限り小さ くするには安政タイプや宝永タイプなど異なる地震シ ナリオを想定して揺れや津波を予測して，それに応じ た防災対策の検討が必要である． 上記の考えに基づいて，中央防災会議「東南海・ 南海地震等に関する専門調査会」は「東南海，南海地 震についての強震動，津波の分布及び揺れによる建物 被害等について」の報告を発表している（中央防災会 議, 2003）．同会議の強震動予測はこれまでの東南海 地震と南海地震の震源域が同時に破壊される場合を想 定し，経験的な距離減衰式を用いた最大速度の評価と 同時に震源域にアスペリティを想定して統計的グリー ン関数法を用いたシミュレーションによるものである． 経験的手法もシミュレーションもどちらも、はじめに 工学的基盤までの最大速度の推定を行い、つぎに表層 における増幅を国土数値情報に基づく方法（翠川・松 岡, 1995）やボーリングデータなどにより推定して地 表の最大速度を推定し、最大速度と気象庁震度の経験 的関係式から震度を評価している。シミュレーション の方法は強震動評価部会のレシピをほぼ踏襲している が，震源域やアスペリティの設定について過去の地震 の震度分布にできるだけ適合するように調整を行って いる．強震動予測の結果としては経験的な方法とシミ ュレーション結果を合わせてそれらの大きい方の震度 値を図 3 のように地図で示している． 図３．東南海地震と南海地震が同時に発生したときの震度分布（中央防災会議,2003) - 75 - 南海地震、さらに東南海と南海地震の同時発生に対す る地震動のシミュレーションを行っている。震源モデ ルは図４(a)に示されるように地震調査委員会によるモ デルを採用している。東から想定東海地震、東南海地 震、南海地震の３つのセグメントを考え、各セグメン トにおけるアスペリティのサイズと実効応力は 1854 年安政東海、南海地震に対応させて設定している。次 の南海トラフ地震はこれらのセグメントの種々の組み 合わせにより異なった地震動が生成されることになる。 個々のセグメントが別々に或いは同時に破壊した場合 に大阪の上町台地で推定される地震動波形が図４(b) に、それらの速度応答スペクトルが図４(c)に示される。 南海地震や東南海・南海地震が起こると、上町台地の 地震動は殆どすべての周期で損傷限界は超えるが，5 秒付近を除いてほぼ安全限界内に収まっている．問題 は 5 秒付近では大幅に安全限界を超えていることにあ る．これは大阪盆地の堆積層により地震動が大きく増 幅されることによるもので，実際には大阪地域では堆 積層の厚さの違いで卓越周期は３～6 秒に変化する． 上町台地は比較的硬質の地盤にあるため，予測された 地震動は相対的に小さく評価される傾向がある．一般 的に大阪周辺ではこれより大きい揺れとなる可能性が 高いと考えられる． 中央防災会議の報告で示される震度分布は，宝永 タイプの名古屋以西の震度分布および昭和東南海の静 岡以東の震度分布とほぼよく一致している．ただし， 大阪，奈良盆地など一部の地域では一致しない点もみ られる．この理由としては，過去の震度分布の精度の 問題以外に，地下構造の影響評価，アスペリティの設 定位置などが考えられる． 中央防災会議の強震動予測は震度分布を目的として いるため周期１秒以下の短周期地震動の推定に有効な 統計的グリーン関数法を用いているが、この方法は一 般に実体波（Ｓ波）部分のみ評価しかできないので表 面波の影響の大きいより長周期の地震動の推定には適 していない。長周期地震動を含む地震動の評価を行う には適切な小地震の記録をグリーン関数として用いる 経験的グリーン関数法、あるいは長周期地震動を有限 差分法などで数値的に評価するハイブリッド法などを 用いる必要がある。 前者の経験的グリーン関数法は地下構造の情報を必 要としないという大きな利点はあるが、想定震源域付 近に発生した小地震の記録が必要なためきわめて限定 的な地点にしか適用できない。釜江・他(2003)は大阪 の上町台地にある管区気象台で速度型強震計で得られ た記録を用いて経験的グリーン関数法による東南海、 東南海・南海地震の同時発生を想定した強震動予測 OSA EGF-1 南 想定 海 想 定 東 南 ★1 ★2 .4 ) （M8 地震 EGF-1：M5.1 EGF-2：M5.5 図４(a) - 76 - 海 地 震 （M 8. 1) EGF-2 アスペリティ ★ 破壊開始点 東南海・南海地震の同時発生を想定した強震動予測結果 予測地点：大阪市内上町台地上（OSA) 0 0 100 200 300 400 (s) -120 0 100 200 300 400 (s) -120 Max:104.60(gal) 0 0 100 0 100 200 200 300 400 (s) -120 300 400 (s) Max:24.35(cm/s) 0 0 100 200 300 -40 40 南海地震＋東南海地震 120 0 -40 Vel. (cm/s) Acc. (gal) Max:101.94(gal) 0 Max:28.30(cm/s) 40 東南海地震（M8.1) 120 Acc. (gal) Vel. (cm/s) Max:68.31(gal) Vel. (cm/s) Acc. (gal) 40 南海地震（M8.4) 120 400 (s) Max:33.90(cm/s) 0 0 100 200 300 -40 加速度波形 400 (s) 速度波形 (b) 東南海・南海地震の同時発生を想定した強震動予測結果 Pseudo velocity response spectra (cm/s) . 予測地点：大阪市内上町台地上（OSA) 5%減衰 180 160 Nankai 140 Tonankai 120 Tonankai and Nankai 100 damage regulation safety regulation 80 60 40 20 0 0 2 4 6 8 10 Period (s) (c) 図４ 南海トラフ地震（東南海、南海、および２つの地震の同時発生）で生 成される大阪上町台地における地震動 (釜江・他, 2003)。 - 77 - 4. おわりに ２１世紀の中頃までには確実に発生すると考えら れる南海トラフ地震が起こると、2003 年十勝沖地震 よりも広い領域がより大きな長周期地震動に襲われる ことになる。震源域に近い大阪平野、濃尾平野などの 大規模堆積盆地では、人口の集中だけでなく多数の長 大構造物があり、長周期地震動により大被害が引き起 こされる可能性がある。南海トラフ地震の時に生成さ れる地震動の性質を知ることは長大構造物の被害を最 小限に食い止めるために不可欠な緊急の課題である。 この巨大地震による揺れは震源近傍の地域では短周 期も長周期ももつ衝撃的震動となり 1995 年兵庫県南 部地震と似た被害が引き起こされる可能性がある。一 方、長周期の地震動は殆ど減衰しないで伝わり堆積盆 地地域で大きく増幅される性質があるため、震源域か ら離れた地域でも長周期の大きな揺れに襲われる可能 性がある。特に 2005 年紀伊半島南東沖地震で大きな 長周期の揺れが観測された大阪湾沿岸域、伊勢湾沿岸 域、東京湾沿岸域などで対策が必要とされる。2004 年紀伊半島南東沖地震は幸い規模も小さく震源域も沿 岸から遠く離れていたため被害を引き起こすほど強さ はなかったが、想定されている東海地震や南海地震は それよりも規模が一回り大きく震源域も沿岸にきわめ て近いところに発生することに注意すべきである。 迫り来る南海トラフ地震に対する防災対策を考える上 で強震動性状や津波高の予測精度の向上はキーとなる ものである．中央防災会議の中間報告は地下構造の調 査がまだ十分になされていないことや長周期の地震動 については全く考慮されていないなど多くの問題点が 残されている。とくに、長周期地震動により被害を受 ける可能性のある大型構造物は過去の地震の時には存 在していなかった。巨大地震に対応した強震動や津波 の評価方法の確立や予測精度の向上と同時にそれに対 応する防災対策の検討が急がれる． 参考文献 入倉孝次郎： 震災の帯、アエラムック、朝日新聞社， 2002. 入倉孝次郎，三宅弘恵： シナリオ地震の強震動予測， 地学雑誌，特集号「地震災害を考える－予測と対 策」，Vol. 110，No.6，pp.849-875，2001. 岩田知孝：2003 年十勝沖地震、強震アレイを用いた地 震動特性の分析，京都大学防災研究所ホームページ, 2003. Kamae, K., H. Kawabe and K. Irikura : Strong ground motion prediction for huge subduction earthquakes using a characterized source model and several simulation techniques, 13WCEE, Vancouver, Paper No, 655 (CD-ROM), 2004. 菊地正幸，山中佳子: 既往大地震の破壊過程＝アスペリ ティの同定，サイスモ，Vol.5，No.7，pp.6-7，2001. 地震調査委員会：全国を概観した地震動予測地図報告書 分 冊１：確率論的地震動予測地図の説明 2. 2. 2 海溝型地震, pp.53-59, 2005. 中央防災会議「東南海・南海地震等に関する専門調査 会」：第 14 回会合（2003.9.17）資料 1，内閣府中央 防災会議ホームページ,，2003. 古村孝志：2004 年紀伊半島南東沖地震 (M7.4)と長周期地震動、 東京大学地震研究所ホームページ, 2004. 翠川 三郎・松岡 昌志：国土数値情報を利用した地震ハザード の総合的評価, 物理探査 Vol.48, No.6, pp.519-529 , 1995. (2005年 10月 1日) - 78 - （４）総合討論 東海、東南海地震に対する備えのあり方と緊急地震速報 30 秒津波予測のための即時処理アルゴリズムの開発 堀内茂木 防災科学技術研究所総括主任研究員([email protected]) １．地震発生と津波 地震調査委員会によるホームページ(http://www5d.biglobe.ne.jp/~kabataf/jyouhou3.htm) に公開されているように、東海、東南海、南海地域では、過去に巨大地震が繰り返し発生して おり、これらの地震の３０年発生確率は、それぞれ、84%, 50%, 40%になっている。過去の地 震の調査結果や、シミュレーションの結果は、これらの巨大地震が同時に発生する場合もある ことを示している。同時に発生した場合には、600ｋｍにもわたる領域が滑ることから、200 ４年スマトラ沖地震に匹敵する規模の地震になる。これらの地震発生が近づきつつあることか ら、これらの地震発生時に、被害を最小にするための研究を全力で促進する必要がある。 図１、図２は、想定東海地震の震源域と、東南海、南海地震の震源域、及び、推定震度の分 布である。図３に、中央防災会議による津波の来襲時間の分布を示す。図４は、沼津市周辺で の、津波の来襲時間と推定される津波の波高である。東海地震が発生すると、５分以内に数ｍ の津波が来襲する地域もある。同時に発生した場合には、10m を越える津波が来襲するものと 考えられている。地震の断層面が拡大する速度は約３km/秒であることから、３地震が同時に 発生した場合でも、断層運動は 200 秒程度で終了する。従って、震源域全体から津波が発生し、 広い範囲で、数分～数１０分以内に大津波が来襲するものと懸念される。東海地震等が発生し た場合には、それが単独で発生したのか、3 地震が同時に発生したのかにより、防災対策は決 定的に変わる。このため、単独か、同時かを即時的に求めるための技術開発が不可欠である。 図１．想定東海地震の震源域と推定震度分布。等値線は、緊急地震速報の余 裕時間を示す。 - 105 - 図２．想定東南海・南海地震の震源域の分布と推定震度。等値線は緊急地震速報の時間 的余裕である。 図３．東海地震発生時の津波の来襲時間の分布。 - 106 - 東海地震による津波危険地域図（沼図市周辺） 図４．東海地震発生時の、沼津 市周辺での津波来襲時間と津波 波高。 東北地方では、1896 年と 1933 年に 20m を越える津波が来襲しており、1896 年の三 陸津波地震では、死者数が 22,000 人にもな 三陸はるか沖地震 Ｍ＝7.5（1994） 津波１ｍ以下 死者 3 名 った。図５、図６に示すように、この地震 のマグニチュードは 6.8 であるが、1994 年 Ｍ7.5 の三陸はるか沖地震では、津波は 1m 以下であった。また、2003 年Ｍ8.0 の十勝 明治三陸津波地震 Ｍ＝6.8（1896） 津波 20ｍ以上 死者 22,000 人 沖地震でも津波の波高は１ｍ程度であった。 津波の波高は、海水の総上昇量（下降量） にほぼ比例することから、海溝に沿って細 長く発生した地震の場合には、水深が深い こと、断層面の深さが浅いことから、海水 Ｍの小さい明治三陸津波地震 の方が甚大な津波被害をもた らした。 の総上昇量は大きくなり、大津波が発生す る。一方、断層面が海溝軸に直行する方向 に長い、三陸はるか沖地震では、震源域の 西側で、水深が浅くなっており、かつ、断 層面が西傾斜のため、西側で、断層面が深 くなっており、このため、海水の変動量が 小さく、津波の波高も小さくなっている。 図 5．三陸はるか沖地震と、明治三陸津波地 津波の正確な予測には、断層の面的分布が 震の震源域。 必要になる。 - 107 - 図 6．1896 年三陸津波地震に よる津波の高さ分布。 ２．面的震源の即時推定とその課題 地震が発生すると、気象庁等により震源位置が発表される。緊急地震速報では、震源位置は 数秒で求められている。しかし決定されるのは、点震源、即ち、断層の破壊開始点の位置であ る。東海、東南海、南海地震が同時に発生した場合には、震源域の広がりが 600ｋｍにも達す るが、求められるのは、破壊がどこから開始したかという点が求められるだけで、断層の全体 像が求められるわけではない。上述のように、津波や、揺れによる被害の予測には、断層の全 体像を把握する必要がある。津波が数分で来襲することを考えると、面的震源の推定は破壊終 了から、30 秒程度で行う必要がある。 しかし、面的震源を即時的に推定することは用意ではない。先ず、巨大地震が発生すると高 感度観測点（約 800 点）の殆どが振り切れてしまい使えない。高感度地震観測点では、強震計 （KiK-net）も設置されているが、このデータはリアルタイム化されていない。防災科学技術 研究所は、約 1000 点の強震観測網（Ｋ－net）を整備し、データの収集を行っている。しかし、 このデータもリアルタイム化されていない。リアルタイム防災に必要不可欠なデータはオンラ イン化されていないのである。 データの問題の他に、ソフトウエアの開発も進んでいない。大地震が発生すると、山中等 （http://wwweic.eri.u-tokyo.ac.jp/EIC/EIC_News）により、広帯域地震波形データを用いて、 断層の滑り分布が求められている。滑り分布の推定は、余震の分布等を利用して、手動で求め ている。このため、結果が得られるのは、約半日後である。これらのシステムは、津波対策の 目的では作られていない。 最近、Ishii(2005, Nature)は、Hi-net のデータを利用して、2004 年スマトラ沖地震の面的 分布を求めている（図.７）.これは、遠地の高密度観測網の位相データを利用した方法（多く - 108 - の観測点の地震波の山谷を、時間的にずら せて合わせ、その時間差から、波の到来方 向を求める方法）で、滑り分布を求めたも のである。この方法だと、30 分程度で解 析が可能である。Tolstoy and Bohnenstiehl (2005, Seismological Research Letter)は、スマトラ沖地震の断 層の破壊面の伝播速度をわずか３観測点の 水中マイクのデータを解析して求めてい る（図８）。彼らは、モルディブ諸島に設 置された 3 観測点での T-wave(地震波が海 底で、海水を伝播する波に変換した波で、 伝播速度は 1.5km/s）の位相差から、到来 方向を求めている。地球内部と違い、海水 を伝わる波の速度はユニフォームであるこ とから、到来方向が正確に求められている。 これらの結果は、短周期地震波形の位相デ ータを用いることにより、破壊が拡大する 様子がほぼ仮定なしで、正確に求められる 図 7．Hi-net の位相データを用いて求めら ことを示している。これらの方法は、観測 れたスマトラ沖地震の断層からのエネルギ 点が遠方に位置している必要があり、日本 ー放出量。 の近海で発生する地震の津波対策に利用す ることはできない。しかし、余震分布を用 いることなしで、面的震源が求められるこ とが示されたことは、画期的であると思わ れる。 現在、我々は、上記結果等を考慮して、 面的震源を即時的に推定するための手法開 発に取り組んでいるが、有効な方法の開発 には至っていない。開発は未だ始まったば かりであり、東海地震等が発生するまでに は、防災対策に利用できるシステムの開発 を目指している。このような研究は、巨大 地震の防災対策を行ううえで極めて重要で あり、今後、多くの研究者が、真剣に取り 組むべき課題であると思われる。 図 8．スマトラ沖地震の断層の拡大速度の分布 （Tolstoy and Bohnenstiehl、2005）。 - 109 - ポスターセッション・展示 ・ポスターセッション 防災科学技術研究所による即時地震処理システムについて ・企業製品展示 ＲＥＩＣ会員企業 ポスターセッション 防災科学技術研究所による即時地震処理システムについて 独立行政法人 防災科学技術研究所 特別研究員 上村 彩 即時地震処理システムの概要 防災科学技術研究所では、全国の地震観測網（下図）の地動データをリアルタイムに受信・監視し、地震の 初動を感知すると直ちに震源要素を計算し、主要動が到達する前に地震情報を配信する即時地震処理シス テムを開発している。以下に本研究で得られた結果を記す。 1-1. 地震検出後、数秒間で震源パラメータの大部分を推定し、データが集まるに従いそれを更新する即時処 理システムの開発を行った。このシステムは震源から 30km 以上離れた地域で S 波到着前に地震情報を提供 できる。 1-2. 各種ノイズや複数の地震が発生しても対応できる よう、ソフトウエアの改良を行った。現在 99% の地震に ついて、ほぼ正しい震源位置が求められるようになっ た。 1-3. 新たに定義した「震度マグニチュード」というパラメ ータは、正確な震度をより早く推定するために極めて効 果的である。 1-4. 今後、面震源をリアルタイムで推定するための開 発を行うことが重要である。 2-1. 神奈川県藤沢市と東京海上日動リスクコンサルテ ィングにおける緊急地震情報利活用の実証試験を 2002 年より開始した。緊急地震情報の配信手段の信頼性、 ユーザーの要求する配信内容、情報の精度などに関して有益な情報を得ることができた。 2-2. DVB 衛星通信を利用した緊急地震情報の配信・受信システムを開発し、2003 年 3 月より試験運用を始め た。使い勝手や性能の向上を目的としたソフトウエアのバージョンアップが幾度か行われ、システム運用に関 する様々なノウハウ、ユーザーからの声が得られた。 3. 即時地震処理システムで検出された小さな地震が成長して巨大地震となる確率を、東南海・南海地震の震 源域に適用して計算したところ、決定論的な警報発令のおよそ10-15秒前に確率論的な警報が出せることが わかった。 ポスター発表では、口頭発表で行われた即時地震処理システムに関する内容について、まとめて掲示する予 定である。