[論文レビュー] Atmosphere-Ionosphere Response to the M9 Tohoku Earthquake Revealed by Joined Satellite and Ground Observations. Preliminary results

Dimitar Ouzounov, С. А. Пулинец+6 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2011

Earthquake Detection and Analysis参考文献 23被引用数 18

ひとこと要約

本研究では、人工衛星および地上観測データを統合して、M9の紹北地震の前触れとなる大気および電離圏の異常を調査した。2011年3月8日から、放射する長波放射（OLR）、GPSで算出された総電子密度（TEC）、およびレーダー電離圏観測装置（ionosonde）のfoF2値に顕著な増加が確認され、地震発生前の電離圏および大気の異常と、予想される地震との間に正の相関関係があることが示された。

ABSTRACT

The recent M9 Tohoku Japan earthquake of March 11, 2011 was the largest recorded earthquake ever to hit this nation. We retrospectively analyzed the temporal and spatial variations of four different physical parameters - outgoing long wave radiation (OLR), GPS/TEC, Low-Earth orbit tomography and critical frequency foF2. These changes characterize the state of the atmosphere and ionosphere several days before the onset of this earthquake. Our first results show that on March 8th a rapid increase of emitted infrared radiation was observed from the satellite data and an anomaly developed near the epicenter. The GPS/TEC data indicate an increase and variation in electron density reaching a maximum value on March 8. Starting on this day in the lower ionospheric there was also confirmed an abnormal TEC variation over the epicenter. From March 3-11 a large increase in electron concentration was recorded at all four Japanese ground based ionosondes, which return to normal after the main earthquake. We found a positive correlation between the atmospheric and ionospheric anomalies and the Tohoku earthquake. This study may lead to a better understanding of the response of the atmosphere /ionosphere to the Great Tohoku earthquake

研究の動機と目的

• 複数の計測機器を用いたデータを活用して、M9の紹北地震に前触れとなる大気および電離圏の兆候を調査すること。
• OLR、TEC、および電離圏観測装置パラメータの異常が、近い将来の地震と相関しているかどうかを特定すること。
• 主な地震発生の数日前における電離圏異常な変動の空間的・時間的変化を評価すること。
• 人工衛星および地上観測装置の両方の観測プラットフォーム間で、異常な挙動が一貫しているかどうかを評価すること。
• 複数のデータソースを統合した手法を用いて、電離圏に基づく地震予測手法の開発に貢献すること。

提案手法

• 地震発生の前触れとなる大気の熱的異常を検出するために、人工衛星による放射する長波放射（OLR）データを用いた。
• 電離圏電子密度の変動をモニタリングするために、全球測位システム（GPS）の総電子密度（TEC）データを分析した。
• 低地球軌道（LEO）人工衛星を用いたトモグラフィー法を適用し、電離圏内の三次元電子密度構造を再構成した。
• 地上の電離圏観測装置データを処理し、日本の4か所の観測所における臨界周波数（foF2）の変動をモニタリングした。
• OLR、TEC、およびfoF2の異常と震源地周辺との関連を特定するために、空間的・時間的相関分析を実施した。
• 地震発生時刻および位置と照合して、2011年3月3日から11日までの期間にわたり、予備的な結果を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M9の紹北地震の前触れとして、放射する長波放射（OLR）で測定された大気の熱的異常は観測されたか？
• RQ2 主な地震発生の数日前に、電離圏のTEC値に顕著な変動が見られたか？
• RQ3 地上の電離圏観測装置は、地震発生の前に対象震源地付近で異常なfoF2値を検出したか？
• RQ4 大気および電離圏の異常と、近い将来の地震発生との間に一貫した空間的・時間的相関関係があるか？
• RQ5 複数の計測機器による観測は、大規模地震に前触れとなる一貫した電離圏反応を明らかにできるか？

主な発見

• 2011年3月8日、人工衛星データにより、紹北地震の震源地付近で放射する長波放射（OLR）の急激な増加が観測された。
• GPS/TECデータから、震源地付近で2011年3月8日にピークを示す電子密度の顕著な増加が確認された。
• 日本の4か所の観測所における電離圏観測装置の測定値から、2011年3月3日から11日にかけて臨界周波数（foF2）が著しく増加しており、主な地震発生後に正常値に戻った。
• 2011年3月8日から震源地上空の低層電離圏で、異常なTEC変動が確認された。
• 観測された大気および電離圏の異常と、M9の紹北地震の発生との間に正の相関関係が確認された。
• 人工衛星および地上観測の統合的分析により、複数の物理的パラメータにわたる一貫した前兆的異常が確認され、近い将来の地震に伴う電離圏反応の可能性が示唆された。