JP5737754B2 - 津波検出システムおよび津波検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、津波検出システムおよび津波検出方法に関し、特に、津波の高さを推定する津波検出システムおよび津波検出方法に関する。

特許文献１には、磁気計測部を用いて津波の規模を予測する津波・高波検出システムが記載されている。

特許文献１に記載の津波・高波検出システムでは、海中の計測地点に設置された磁気計測部が、波の上下運動により海面に沿って流れる渦電流にて生ずる磁界変化を時系列に計測し、津波・高波検出部が、磁界変化に基づき津波の規模を検出する。

なお、磁気計測部が計測する磁界の変化の大きさは、計測地点での波の大きさ（高さ）に比例するため、磁気計測部は、実質的に、計測地点での波の大きさ（高さ）を検出していることになる。

特開２００９−１９８２０７号公報

特許文献１に記載の津波・高波検出システムのように、津波の規模を予測するためには、陸地に到達する前の海での津波の大きさ（高さ）を特定する必要がある。

特許文献１に記載の津波・高波検出システムでは、磁気計測部が、海中等の計測地点で実際に津波の大きさを観測する。したがって、特許文献１に記載の津波・高波検出システムは、海での津波の大きさ（高さ）を特定するために、地震が発生してから計測地点に津波が到達するまで待つ必要があり、この待ち時間のために、津波の規模の予測が遅れてしまう。

このため、津波の規模を早急に予測するために、地震が発生してから海での津波の大きさ（高さ）を特定するまでに要する時間を短くできる手法が望まれるという課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決可能な津波検出システムおよび津波検出方法を提供することである。

本発明の津波検出システムは、地震に起因する津波の高さを推定する津波検出システムであって、
前記地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波を検出する検出手段と、
前記地震の震源域と前記検出手段との間の距離と、前記震源域の大きさと、を表す震源域情報を受け付ける受付手段と、
前記検出手段の検出結果と、前記受付手段が受け付けた震源域情報と、に基づいて、前記震源域での津波の高さを推定する推定手段と、を含み、
前記震源域の大きさは、前記震源域の半径を示すものであり、
前記推定手段は、前記検出手段の検出結果に前記距離を乗算し、その乗算の結果を前記震源域の半径で除算することで、前記震源域での海中の圧力変化を算出し、その算出結果に基づいて、前記震源域での津波の高さを算出する。

本発明の津波検出方法は、地震に起因する津波の高さを推定する津波検出システムでの津波検出方法であって、
前記地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波を検出手段で検出する検出ステップと、
前記地震の震源域と前記検出手段との間の距離と、前記震源域の大きさと、を表す震源域情報を受け付ける受付ステップと、
前記海中の音波と前記震源域情報とに基づいて、前記震源域での津波の高さを推定する推定ステップと、を含み、
前記震源域の大きさは、前記震源域の半径を示すものであり、
前記推定ステップでは、前記検出手段の検出結果に前記距離を乗算し、その乗算の結果を前記震源域の半径で除算することで、前記震源域での海中の圧力変化を算出し、その算出結果に基づいて、前記震源域での津波の高さを算出する。

本発明によれば、地震が発生してから海での津波の大きさ（高さ）を特定するまでに要する時間を短くすることが可能になる。

本発明の第１実施形態の津波検出システム１を示したブロック図である。 観測ブイ２が海面４に存在する状況で海底５に逆断層６が発生した場合の海中７での粗密波および海水の移動方向を説明するための図である。 観測ブイ２が海面４に存在する状況で海底５に正断層１２が発生した場合の海中７での粗密波および海水の移動方向を説明するための図である。 地震発生時の海中の粗密波を示した図である。 本発明の第２実施形態の津波検出システム１Ａを示したブロック図である。 本発明の第３実施形態の津波検出システム１Ｂを示したブロック図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の津波検出システム１を示したブロック図である。

図１において、津波検出システム１は、観測ブイ２と、観測装置３と、を備える。観測ブイ２は、音響センサ２１と、無線送信機２２と、を備える。観測装置３は、受付部３１と、推定部３２と、表示器３３と、を備える。推定部３２は、無線受信機３２ａと、平均化処理部３２ｂと、津波規模算出処理部３２ｃと、を備える。

観測ブイ２は、海上に設置され、潮流や海流により移動しないように海底のアンカー（不図示）により一定の海域に固定されている。

音響センサ２１は、一般的に検出手段と呼ぶことができる。

音響センサ２１は、海中の音波を検出し、海中の音波を電気信号に変換する。以下、音響センサ２１が出力する電気信号を、音波対応電気信号と称する。

地震に起因する海中の圧力変化は、粗密波で海中を伝搬していく。また、海底の振動に起因する地震波も、粗密波で震源域から海中に放射される。このため、海中の音波（粗密波）は、地震に起因する海中の圧力変化成分と地震波とを含むものとなり、よって、音波対応電気信号も、地震に起因する海中の圧力変化成分と地震波とを含むものとなる。

なお、海中で音波は時速約5400Kmで伝わり、水深5000mで時速800Kmに達する津波よりも早く進む。このため、音響センサ２１は、津波が到達する前に、地震に起因する海中の圧力変化成分を検出することができる。

図２は、観測ブイ２が海面４に存在する状況で海底５に逆断層６が発生した場合の海中７での粗密波および海水の移動方向を説明するための図である。なお、図２において、図１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。

図２において、矢印８は、海底の移動方向を表し、矢印９は、逆断層６の発生に伴う海水の移動方向を示し、矢印１０は、音響センサ２１に向かう地震波（粗密波）を示し、矢印１１は、音響センサ２１に向かう海中７の圧力変化を示す粗密波を示す。

図３は、観測ブイ２が海面４に存在する状況で海底５に正断層１２が発生した場合の海中７での粗密波および海水の移動方向を説明するための図である。なお、図３において、図２に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。

図３において、矢印１３は、海底の移動方向を表し、矢印１４は、正断層１２の発生に伴う海水の移動方向を示し、矢印１５は、音響センサ２１に向かう地震波（粗密波；音波）を示し、矢印１６は、音響センサ２１に向かう海中７の圧力変化を示す粗密波（音波）を示す。

図１に示した無線送信機２２は、音響センサ２１が出力した音波対応電気信号を、無線電波を用いて、陸上の観測装置３内の推定部３２に送信する。

受付部３１は、一般的に受付手段と呼ぶことができる。

受付部３１は、震源域情報を受け付ける。震源域情報は、震源域（例えば震源域の中心）と観測ブイ２との間の距離（以下「観測距離」と称する）と、震源域の大きさと、震源域の水深と、を表す。本実施形態では、震源域の大きさとして、震源域の半径が用いられる。

なお、受付部３１は、震源域情報を、陸上の地震計などの他の地震観測システム（不図示）から受け付けてもよいし、ユーザから受け付けてもよい。なお、震源域情報をユーザから受け付ける状況では、受付部３１としてキーボードやタッチパネルが用いられることが望ましい。

推定部３２は、一般的に推定手段と呼ぶことができる。

推定部３２は、音響センサ２１の検出結果である音波対応電気信号と、受付部３１が受け付けた震源域情報と、に基づいて、震源域での津波の高さを推定する。

無線受信機３２ａは、無線送信機２２からの無線電波を受信して、その無線電波から音波対応電気信号を復元する。無線受信機３２ａは、音波対応電気信号を平均化処理部３２ｂに出力する。

平均化処理部３２ｂは、音波対応電気信号からノイズである地震波を除去して、地震に起因する海中の圧力変化成分（以下「海中の圧力変化成分」と称する）を抽出する。平均化処理部３２ｂは、海中の圧力変化成分を津波規模算出処理部３２ｃに出力する。

津波規模算出処理部３２ｃは、海中の圧力変化成分と震源域情報とを用いて、震源域での津波の高さを推定する。

本実施形態では、津波規模算出処理部３２ｃは、海中の圧力変化成分に観測距離を乗算し、その乗算の結果を震源域の半径で除算することで、震源域での海中の圧力変化を算出する。そして、津波規模算出処理部３２ｃは、震源域での海中の圧力変化に所定値を乗算することで、震源域での津波の高さを算出する。

例えば、海中の圧力変化の単位が気圧である場合には、津波規模算出処理部３２ｃは、海中の圧力変化を津波の高さに変換するための定数＝（１０ｍ／気圧）を、海中の圧力変化に乗算することで、震源域での津波の高さを算出する。

また、津波規模算出処理部３２ｃは、震源域での津波の高さと震源域の水深とを用いて、津波の規模を推定する。

なお、受付部３１が、さらに、津波の到達予測地点の地形データ（以下、単に「地形データ」と称する）を受け付けた場合には、津波規模算出処理部３２ｃは、震源域での津波の高さと震源域の水深と地形データとに基づいて、津波の到達予測地点での津波の高さを推定する。

表示器３３は、津波規模算出処理部３２ｃが推定した、震源域での津波の高さおよび津波の到達予測地点での津波の高さを表示する。

次に、動作を説明する。

音響センサ２１は、海中の音波を検出して音波対応電気信号を生成し、音波対応電気信号を無線送信機２２に出力する。

無線送信機２２は、音波対応電気信号を、無線電波を用いて観測装置３に送信する。

観測装置３内の無線受信機３２ａは、無線送信機２２から送信された無線電波を受信して、その無線電波から音波対応電気信号を復元し、音波対応電気信号を平均化処理部３２ｂに出力する。

平均化処理部３２ｂは、音波対応電気信号からノイズである地震波を除去して、海中の圧力変化成分を抽出する。

ここで、音波対応電気信号からノイズである地震波を除去する動作について説明する。

音波対応電気信号は、図４に示すとおり、地震波（粗密波）の成分と海中の圧力変化（粗密波）の成分が合成されたものである。

地震波（粗密波）は、海底面の振動により発生するため、一般に地震波（粗密波）について５秒間程度の移動平均値を算出すると振幅がほぼ０になる性質がある。

一方、海中の圧力変化（粗密波）は、地震により断層が動いている間は変化を継続するため、一般的に海中の圧力変化（粗密波）について５秒程度の移動平均の結果がほぼ０にならない性質がある。

また、地震が逆断層の場合（図２参照）は、海中の圧力が高まり海面が持ち上がるため、移動平均結果は最初にプラスの成分を有する。

一方、地震が正断層の場合（図３参照）は、海中の圧力が低くなり海面が凹むため、移動平均結果は最初にマイナスの成分を有する。

平均化処理部３２ｂは、音波対応電気信号について５秒程度（例えば５秒以上の期間）の移動平均値を求めることで、音波対応電気信号からノイズである地震波を除去する（図４参照）。平均化処理部３２ｂは、地震波が除去された音波対応電気信号、つまり、海中の圧力変化を表す信号を、津波規模算出処理部３２ｃに出力する。

また、受付部３１は、震源域情報と地形データとを受け付けると、震源域情報と地形データとを津波規模算出処理部３２ｃに出力する。

津波規模算出処理部３２ｃは、海中の圧力変化を表す信号と震源域情報と地形データとを受け付けると、海中の圧力変化を表す信号と震源域情報と地形データとに基づいて、津波の規模を算出する。

例えば、震源域と観測ブイ２（音響センサ２１）の距離（観測距離）が100Km、震源域の水深が1000m、震源域の半径が10Km、海中の圧力変化量が1013Pa（180dB/μPa）であるとする。

1気圧は1013hPaなので、海中の圧力変化量1013Paは0.01気圧に相当する。

海中の圧力変化は円筒拡散するため、海中の圧力変化量は距離に反比例して減衰する。

震源域と観測ブイ２の距離が100Km、震源域の半径が10Kmである場合、津波規模算出処理部３２ｃは、震源域の海中の圧力変化量を、0.01気圧×100Km÷10Km＝0.1気圧と推定する。

1気圧が水深10mに相当し、震源域の海中の圧力変化量が0.1気圧であることから、津波規模算出処理部３２ｃは、10m×0.1気圧＝「津波の高さ」の関係から、震源域の津波の高さは1mであると推定する。

津波の高さは水深の4乗根に反比例することから、津波規模算出処理部３２ｃは、水深1000mで1mの津波が発生した場合、水深10mの直線海岸の沿岸では3.5mの津波が到来すると予想する。

表示器３３は、津波規模算出処理部３２ｃにより算出された震源域の津波の推定高さと沿岸域の津波の予想高さを表示する。

本実施形態によれば、音響センサ２１は、地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波を検出する。受付部３１は、地震の震源域と音響センサ２１との間の観測距離と、震源域の大きさと、を表す震源域情報を受け付ける。推定部３２は、音響センサ２１の検出結果と、受付部３１が受け付けた震源域情報と、に基づいて、震源域での津波の高さを推定する。

地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波は時速約5400Kmで進み、水深5000mで時速800Kmに達する津波よりも早く進む。本実施形態は、地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波を検出し、その音波を用いて、震源域での津波の高さを推定する。このため、実際に津波を計測する場合よりも早く、津波の高さを推定することが可能になる。

また、本実施形態では、推定部３２は、音響センサ２１の検出結果に観測距離を乗算し、その乗算の結果を震源域の半径で除算することで、震源域での海中の圧力変化を算出し、その算出結果に基づいて、震源域での津波の高さを算出する。この場合、震源域での津波の高さを精度よく算出することが可能になる。

また、本実施形態では、推定部３２は、音響センサ２１の検出結果の移動平均値を求めることで音響センサ２１の検出結果からノイズを除去し、ノイズが除去された検出結果と震源域情報とに基づいて、震源域での津波の高さを推定する。この場合、音響センサ２１の検出結果からノイズを除去することで、震源域での津波の高さを精度よく算出することが可能になる。

また、本実施形態では、推定部３２は、震源域での津波の高さと震源域の水深とを用いて、津波の規模を推定する。この場合、短時間で津波の規模を推定することが可能になる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の津波検出システム１Ａを示したブロック図である。なお、図５において、図１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。

津波検出システム１Ａでは、観測ブイ２と観測装置３との通信を、無線電波を用いずに、光ケーブルや電線を用いて行う。津波検出システム１Ａでは、図１に示した無線送信機２２の代わりに送信機２２Ａが用いられ、図１に示した無線受信機３２ａの代わりに受信機３２ａＡが用いられる。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の津波検出システム１Ｂを示したブロック図である。なお、図６において、図５に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。

津波検出システム１Ｂでは、図５に示した観測ブイ２の代わりに観測施設２Ｂが海岸沿いの海中に設置され、観測施設２Ｂと観測装置３との通信が、光ケーブルや電線を用いて行われる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

１、１Ａ、１Ｂ 津波検出システム
２ 観測ブイ
２１ 音響センサ
２２ 無線送信機
２２Ａ 送信機
２Ｂ 海中観測施設
３ 観測装置
３１ 受付部
３２ 推定部
３２ａ 無線受信機
３２ａＡ 受信機
３２ｂ 平均化処理部
３２ｃ 津波規模算出処理
３３ 表示器

Claims (5)

1. 地震に起因する津波の高さを推定する津波検出システムであって、
   前記地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波を検出する検出手段と、
   前記地震の震源域と前記検出手段との間の距離と、前記震源域の大きさと、を表す震源域情報を受け付ける受付手段と、
   前記検出手段の検出結果と、前記受付手段が受け付けた震源域情報と、に基づいて、前記震源域での津波の高さを推定する推定手段と、を含み、
   前記震源域の大きさは、前記震源域の半径を示すものであり、
   前記推定手段は、前記検出手段の検出結果に前記距離を乗算し、その乗算の結果を前記震源域の半径で除算することで、前記震源域での海中の圧力変化を算出し、その算出結果に基づいて、前記震源域での津波の高さを算出する、津波検出システム。
2. 請求項１に記載の津波検出システムにおいて、
   前記震源域情報は、さらに、前記震源域の水深を表すものであり、
   前記推定手段は、前記震源域での津波の高さと前記震源域の水深とを用いて、前記津波の規模を推定する、津波検出システム。
3. 請求項１または２に記載の津波検出システムにおいて、
   前記推定手段は、前記震源域での津波の高さと、前記震源域の水深と、沿岸域の水深とを用いて、前記沿岸域での津波の高さを推定する、津波検出システム。
4. 地震に起因する津波の高さを推定する津波検出システムでの津波検出方法であって、
   前記地震に起因する海中の圧力変化を示す海中の音波を検出手段で検出する検出ステップと、
   前記地震の震源域と前記検出手段との間の距離と、前記震源域の大きさと、を表す震源域情報を受け付ける受付ステップと、
   前記海中の音波と前記震源域情報とに基づいて、前記震源域での津波の高さを推定する推定ステップと、を含み、
   前記震源域の大きさは、前記震源域の半径を示すものであり、
   前記推定ステップでは、前記検出手段の検出結果に前記距離を乗算し、その乗算の結果を前記震源域の半径で除算することで、前記震源域での海中の圧力変化を算出し、その算出結果に基づいて、前記震源域での津波の高さを算出する、津波検出方法。
5. 請求項４に記載の津波検出方法において、
   前記震源域情報は、さらに、前記震源域の水深を表すものであり、
   前記推定ステップでは、前記震源域での津波の高さと前記震源域の水深とを用いて、前記津波の規模を推定する、津波検出方法。