気象研究所研究開発課題評価報告
緊急地震速報の予測手法の高度化に関する研究
事前評価
- 副課題１ 震度予測精度の向上
- 副課題２ 長周期地震動の予測
事前評価の総合所見
１．研究の目的
緊急地震速報の精度向上・迅速化、および長周期地震動への拡張が求められている。そこで、近年の観測網の増強やリアルタイム化に対応した手法を構築することで精度向上と迅速化に結び付けるとともに、長周期地震動までを含めた様々な周期での地震動即時予測へ拡張する技術を開発する。
２．研究の背景・意義
（社会的背景・必要性）
地震調査研究推進本部の「新たな地震調査研究の推進について－地震に関する観測、測量、調査及び研究の推進についての総合的かつ基本的な施策－」（平成21年4月、平成24年9月改定）の中の「当面１０年間に取り組むべき地震調査研究に関する基本目標」として、“海溝型地震を対象とした地震発生予測の高精度化に関する調査観測の強化、地震動即時予測及び地震動予測の高精度化”が、また、建議「災害の軽減に貢献するための地震火山観測研究計画（仮称、予定）」では、“地震・火山噴火の災害誘因の即時予測手法の高度化”が掲げられている。さらに、緊急地震速報に関する研究は、内閣府のH26年科学技術重要施策アクションプランに登録されている。
（学術的背景・意義）
緊急地震速報のような地震動即時予測の研究はまだ黎明期にあり、国内外において種々の手法が試みられている。本研究は、その中で、最も観測データを活用し、物理過程に基づき、精度が高く、早く、堅牢で，そして、広い周波数帯への対応、を狙う革新的なものであり、今後のこの分野にとってマイルストーンになるものである。
（気象業務での意義）
平成23年東北地方太平洋沖地震では、東北地方には強い揺れが始まる15～20秒前に緊急地震速報が発せられている。一方で、関東地方の震度を過小評価し、また、複数同時に発生する余震では、震源を適切に決められず、過大な震度を予測することもあった。さらにH25年8月には小さな地震に過大な警報を出すことがあった。平成24年に気象庁が行ったアンケート調査では、より迅速に、そして、より正確になるように改善が望まれている。一方で、現在、観測網の充実（リアルタイム化や海域における展開）は目覚ましものがあり、揺れの状況を把握する能力はこれまでになく高いものになりつつある。現場のこのような状況、および今後予想される状況の変化、に対応した技術の開発が望まれている。
また、気象庁では、平成25年3月から長周期地震動情報を試行的に発表しており、長周期地震動の予測情報に関しても技術的検討が始められている。
３．研究の目標
（副課題1）震度予測精度の向上
現在、緊急地震速報に用いられる観測点からの通信は徐々に強化されており、波形の代表値のみでなく、波形データそのものを送り出す観測点数も増加している。さらに、海域での多点観測網も新たに展開され始めている。これにより、地震動の分布をリアルタイムで把握することが可能となってきており、今回の計画ではこれらの多点観測点のリアルタイムデータを最大限活用する手法の開発を狙う。
具体的には、観測震度に対して予測震度が概ね震度差１以内に収まる精度を目指す。また、震源位置やMが決まっていない段階においても震度予測ができる迅速性・堅牢性の向上も目指す。これらの予測手法は、現場への応用を考慮し、実時間よりも早く計算が行えるようにする。
（副課題２）長周期地震動の予測
地震波は周期帯によりその振舞が異なり、震度（比較的短周期の波、おおよそ１～２秒くらいが中心）で得られた経験的な予測手法がそのまま適用可能とは限らない。短周期の波に比べて長周期の波は比較的遠方まで伝わりやすく、また、地盤の増幅特性も周期によって異なる（短周期は観測点直下、長周期は盆地や平野といった大きな構造によることが多い）。震度の大きい地域が、そのまま、長周期の揺れが大きいとは限らない。
これまでの研究において、震度を対象とした予測手法や地盤増幅特性等を検討してきている。今回の計画では、これらに加えて、長周期まで（おおよそ１０秒程度）の様々な揺れの予測に対応できるように拡張・強化する。
４．研究計画・方法
従来の地震動即時予測は、震源とMの早期決定のみに焦点を当てるアプローチが多かったが、本課題では、観測網からリアルタイムで得られる揺れの実況値を用いる点が特徴である。これにより、（震度だけではなく）長周期地震動を含めた波形での予測が可能となる。
（副課題１）震度の予測精度の向上
① リアルタイム性を持つ多点観測網への対応
緊急地震速報に用いられる観測網は徐々に強化されており、海域での多点観測網も新たに展開され始めている。本計画では、これらのデータを有効に活用する手法を検討する。震源やMといった初期状態から始め、観測網から得られる地震動分布の実況値を用いて、逐次予測精度を上げるモデルを導入する。また、震源やMが未推定の状態でも、実況値から予測が可能な手法をめざす。このことにより迅速性・堅牢性の向上を図る。なお、現状では、波形データそのものではなく、その代表値（ある時間間隔での最大振幅や実時間震度など）を送信している観測点も残っていることを考慮し、そのような場合にも適合可能なように工夫する。
② 精度の向上
島嶼部、岬や半島など観測点が少ない地域では、上記①での逐次予測精度を上げる手法が有効に働かない。従来の震源とMから震度推定する方法に大きく依存する。震源およびMを推定する場合には、適当な補正を施すことが高精度な推定につながる。本計画では、新しい観測点におけるこれらの補正値を求めるとともに、実時間で施す手法を検討する。
また、①の方法においては、地震動分布の実況の把握が重要であるが、それに加えて、波の種類の同定（P波かS波か？）とともに波線の推定（入射角と方位角）ができると、波の伝播方向と速度、さらには地下深部での地震動分布の推定ができ、予測精度の向上に結びつく。本計画では、アレイ観測や処理技術等の改良を通じて、これらを実時間で推定する手法を構築する。
（副課題２）長周期地震動の予測
本計画では、震度を予測する緊急地震速報に加えて、長周期地震動まで含む様々な周期での地震動即時予測が行えるように手法を拡張する。現在、地震動の距離減衰式としては、代表値（最大地表速度、最大地表加速度、震度、など）を用いているものが多いが、様々な周期に対応できる枠組みを構築する。また、地盤増幅特性は、代表値の増幅だけではなく、周期ごとの増幅を考慮する。さらに、それらを実時間で適用できるようにする。
５．研究体制
- 研究代表者：干場 充之 （ 地震火山研究部 第４研究室長 ）
- 研究期間：平成26年度～平成30年度
６．特筆事項
（効率性）
- 現場での課題を詳細に把握する本庁職員も併任として参加する。これにより、研究推進のための意思疎通を容易にし、また、効率的な業務化に結びつくようにする。
- 科研費「実時間地震動予測：実況値を反映させる手法の構築」（H25-28）からの成果を逐次取り入れ、本研究に反映させるようにする。
- 副課題１で開発する手法は、副課題２でも適用可能な部分があるので、適宜、副課題２への応用を図る。
（有効性）
「研究の背景・意義」で記したように、緊急地震速報の高度化は社会的要請が高い。この緊急地震速報の高度化に直接結びつく課題である。
（波及効果）
- 緊急地震速報における予測精度の向上および迅速化に結びつく。これは、ユーザにより的確な減災のための行動を取ることを可能とする。また、長周期地震動をはじめ様々な周期に拡張を図ることで、防災に一層資することを可能とする。
- 本研究では、長周期地震動までを含めた波形での予測を行うものである。これにより、「○秒後にもう一度強い揺れが予想される」とか「揺れのヤマ場は越えた」という時間推移を予測することが可能となる。このことは、ユーザに対する利便性を高めるものと期待できる。
（特記事項）
- ヨーロッパ連合を中心とした地震防災研究プロジェクト（Real time EArthquake risK reducTion、REAKT、2011~2014）に、気象庁の代表として参加している。本研究の成果は、REAKTでも紹介されている。
- 地震火山部、防災科研、鉄道総研、東大地震研、京大防災研と進めている「緊急地震速報の高度化」、地震火山部と防災科研との共同研究「強震データの緊急地震速報への活用に関する研究」に、本庁地震火山部からの依頼という形で参加しており、この共同研究の一翼を担う。