重点研究
 沖合・沿岸津波観測等による津波の高精度予測に関する研究
   (副課題1)地震津波の発生・伝播メカニズムに関する研究
   (副課題2)沖合津波観測データ等を用いた津波予測手法に関する研究

研究期間  平成21年度〜平成25年度 (5年計画 第4年度:平成22年度 研究再編)
研究代表者 前田憲二 (地震火山研究部)
担当研究部 地震火山研究部

目 的  沿岸へ到達する前に津波を予測するためには、津波波源の推定、津波伝播の再現および、予測誤差低減のための沖合津波データ等活用が必要である。本研究では、津波予測の精度向上に資するため、これら津波予測の3 要素に関する研究を行うことを目的とする。


目 標  津波後続波の減衰予測手法の構築や、沖合津波観測データを用いた津波予測手法の開発を目標としている。

(副課題1)
 本副課題では、津波波源(地震断層運動;津波伝播計算に必要な初期値)に関する知識の蓄積・改善および、津波伝播過程の高精度な再現を図るために、次の2 項目について研究を実施する。
 @ 地震津波の発生メカニズムに関する研究
 A 津波伝播に伴う津波減衰特性の研究

(副課題2)
 本副課題では、沖合津波観測データの津波予測への活用手法を検討するとともに、津波波源の推定手法に関する技術基盤を強化するために、次の項目について研究を実施する。
 @ 沖合津波観測データを用いた津波予測手法の開発


研究の概要 (副課題1)
 @ 近年、津波予報に津波データベース方式が導入されるに至っている。この方式では、あらかじめ複数の想定断層に対して津波数値計算を実施し、その計算結果を津波データベースへ収納しておき、地震発生後に観測から推定された地震情報に最も適合する結果を参照することにより、各地での津波の到達時刻や振幅を予測する。この方式は、津波予報先進国の日本や米国でそれぞれ独立に開発・整備され、最近では、それぞれの津波予報システムが第三国へ移譲されつつある。
 しかしながら、日米どちらの津波データベースも、津波を発生させた地震断層を1枚の矩形断層あるいは少数の矩形断層の組み合わせでしかモデル化していない。比較的小さな規模(例えば、M7.5 以下)の地震津波に対してはそのような近似的な取扱いは有効であるが、M8 以上の巨大地震の場合は、断層滑り量の不均質性、断層面の矩形からのずれ、断層面の折れ曲がり(3 次元的な断層幾何形状)などの影響も無視できなくなってくる。また、最近の研究では、海溝型大地震は、沈み込みプレート境界だけではなく、陸側プレート付加体内部に存在する分岐断層に沿っても発生するかもしれないと指摘されている。
 つまり、現状では「最先端」の津波予報システムでさえも、津波データベースであらかじめ想定された断層モデルは非常に簡略化されており、特に、大きな地震津波になればなるほど、予測精度が低下する可能性が高い。これを改善するためには、津波波源、すなわち地震断層運動(津波予測における津波計算の初期値)に対して、より現実的なモデルを用いる必要がある。
 この研究では、検潮記録などの解析、比較的大きな津波の場合は沿岸津波痕跡調査、あるいは大地震直後の余震活動などの調査に基づき、過去の地震津波の、より現実的な津波波源モデル、すなわち津波発生メカニズム、を明らかにすることを目的とし、津波波源に関する知識の蓄積および改善を図り、現行の津波予報システムの改良に資する。

 A 津波第1 波が到達した数時間後になって大きな津波が現れる場合がある。このような現象は、水深の浅い陸棚を伝わってくる陸棚波(エッジ波)、あるいは近隣の海岸や島嶼等からの反射波が原因であると考えられている。例えば、北海道東方沖で津波が発生すると、三陸地方の宮古で、津波第1波が到達してから約2 時間半後に大きな津波が来襲する場合があり、津波第1 波が下北半島にぶつかり、発生したエッジ波が原因と考えられる。また2006 年11 月の千島列島地震津波では、日本から遠く離れた天皇海山列で生成された大きな反射波が、津波警報が解除された4 時間以上後になって、太平洋側の各地に到達した。津波数値計算では、津波第1 波の計算精度が最も高く、後続波になればなるほどその計算精度が悪くなる。津波第1 波から後続波までを高精度で再現可能な計算手法は現在のところ存在しない。エッジ波や反射波などの後続波を含め、津波がどのように減衰するかは、津波警報の解除にとって重要な問題である。
 この研究では、過去に観測された多数の津波後続波の検潮記録をデジタル化し、実際に観測された津波の減衰特性を類型化あるいは共通項の抽出を行うとともに、津波の減衰過程を予測するための理論的あるいは経験的な手法を構築することを目的とし、適切な津波警報の解除に資する。さらに、津波第1 波から後続波まで高精度で再現可能な津波数値計算手法についても検討を加え、津波データベースの中に収録されるべき津波理論波形の高精度化を図る。

  気象庁への提供計画:
   本庁津波データベースの改良などの状況を踏まえ、研究成果は適宜提供する。

(副課題2)
 @ 米国の津波予報システムでは、米国本土やハワイ列島に対する「遠地」津波を対象に、深海底に設置された複数の沖合観測点における沖合津波データを、米国本土やハワイ列島への津波警報の発令・解除に利用している。遠地津波を対象とする場合は、数時間に及ぶ猶予時間を確保することができるが、我が国のように近地津波が多発している場合は、米国の戦略をそのまま適用しても有効ではない。
 沖合津波データを利用して、近地津波を予測するためには、津波波源と予測したい沿岸の間に沖合津波観測点がなくてはいけない。また、猶予時間を稼ぐためには、沖合津波観測点は、沿岸の近くではなく、津波波源の近くに配置されていなくてはいけない。しかし、我が国における沖合津波観測点の数は限られており、また、その配置もかなり偏在している。沖合津波データに基づき、近地津波を、概ね全国一様な精度で、かつ適度な猶予時間を確保した上で、予測することは、現在の我が国の沖合津波観測点の数、密度、配置を考慮すると、残念ながら現実的ではない。
 他方、近年、主として東北地方の重要港湾の沖合約10 km の浅い海底に、GPS 波浪観測点が複数点構築されている。沿岸に近いGPS 波浪観測点には、背後に控える重要港湾などの沿岸エリアまでの伝播距離が短いため猶予時間は稼げないが、逆に、精度の高い津波予測情報を提供できるメリットがある。
 この研究では、主としてGPS 波浪観測点における沖合津波観測データを活用し、観測点近傍の沿岸エリアに到達する津波の到来時刻および振幅を予測するための手法を構築することを目的とする。また、GPS 波浪観測も含め沖合津波観測技術・観測網の発展を踏まえて研究を進める。

  気象庁への提供計画:
   本庁の津波予報業務の状況を踏まえ、研究成果を適宜提供する。


平成24年度の
実施計画
(副課題1)
 
  • スマトラ島北西沖海域で昨年度取得した反射法地震探査データなどの解析・解釈のとりまとめ、および、その津波発生メカニズムの関係についての検討を行う。
  •  
  • 津波減衰特性を解析する手法を2011 年東北地方太平洋沖地震に適用して、巨大津波の減衰過程の特性も説明できる時間減衰のモデル化を行う。また、時間減衰モデルを津波警報の解除のタイミング判定へ活用する方法の改良を進める。

  • (副課題2)
     
  • 沖合津波観測値と沿岸での観測値の関係についてこれまでに求めた経験式は、M9級の巨大地震による津波を全く含まないデータセットから導出されている。2011 年東北地方太平洋沖地震による津波の観測値を用いてこの経験式の有効性を検証するとともに、沖合の観測値から沿岸の津波振幅を経験則により予測する手法が巨大地震津波にも適用できるよう、改良を行う。
  •  
  • 沖合津波波形の逆解析に基づく津波予測手法については、地震直後の地震動や地殻変動等の即時解析に基づく初期水位分布および津波予測値を、沖合津波波形データを活用して逐次修正・更新する手法を提案し、東北太平洋沖地震等の実記録に適用してその有効性を検証する。
  •  
  • これまで開発した津波予測手法の性能を詳細に評価するため、2011 年東北地方太平洋沖地震の前震(M7.4)による津波など、過去事例への適用および仮想地震を用いた数値実験を実施する。
  •  
  • 海底水圧計が含む津波観測値の精度の評価作業を継続する(東南海データを含む)。
  •  水晶発振式水圧センサーおよび高精度水温計の観測坑内部での特性評価試験を実施する。

    波及効果
    • 津波データベースが高度化する。
    • 津波予測のための初期値がより正確になる。
    • 津波警報を適切に解除するための付加的情報が加わる。
    • 現行の方式とは異なる津波予報技術シーズが生まれる。