著者

高坂 宥輝 日置 幸介

雑誌

日本地球惑星科学連合2019年大会

巻号頁・発行日

2019-03-14

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2011年東北沖地震を契機に、大地震の前兆が地球の超高層大気である電離圏の全電子数(Total Electron content、TEC)変化として直前に現れることが、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星の2周波マイクロ波の位相差から見いだされた(Heki, 2011)。その後の数多くの地震前後のTECデータの解析により観測事実は充実していったが(e.g. He & Heki, 2017)、原因となる物理過程に関しては未解明な部分が多い。この前兆の存在は、本格的な断層滑りが始まる前に地震の最終的なサイズがある程度決まっていることを示唆し、地震学的にも重要である。現在考えられている地震直前のTEC変化のシナリオは以下のようなものである。地震直前に断層を一方の端から侵食(弱化)する過程が起こる際に、微小な割目や食い違いが岩石中に生じる。そこで過酸化架橋と呼ばれる格子欠陥が切断されて生じた電子の空隙(正孔)が電子の移動とともに岩石中を移動し、互いの反発によって拡散した結果地表に蓄積する。蓄積した正孔は大気中に上向き電場を作り、地震断層が大きい場合電場は超高層大気に達する。電離圏内では磁力線に沿った電気抵抗が極めて小さいため、磁力線に沿って荷電粒子が移動してその方向の外部電場を打ち消す誘導電場が生じる。その過程で震源上空の電離圏下端の電子密度が上昇し、逆に高高度の電離圏では電子密度が減少する。この構造は電離圏トモグラフィーで推定した2015年Illapel地震直前の電子密度異常の3次元構造からも支持される(He and Heki, 2018)。本研究では地震直前TEC変化の物理過程の解明に向けて、地震直前直後のTEC変化を、前兆が認められた18の地震(Mw7.3-9.2)について比較し、それらの間のスケーリング則を議論する。またそれらをスタックしたTEC変化標準曲線を導出し、物理過程のヒントを探す。上述のシナリオから考えると、地震とともに応力が解放され、新たな食い違いや割れ目の発生が起こらなくなると、地表の正電荷蓄積も停止し、TEC異常の成長も頭打ちになるだろう。導出した標準曲線から、地震発生時から音波擾乱が生じる約十分後までの間は、予測どおりTECは増加せず、ほぼ一定で推移することが示唆された。またTEC異常の蓄積曲線は地域性を持つ可能性がある。陸域に対する海域の割合が大きい地域の地震では、電気伝導度の高い海水中の電荷拡散が速く、電荷が地表に蓄積しにくい。そのためTEC異常の成長も早期に定常状態になるだろう。逆に陸域では電荷の消散が遅く、地震まで継続してTEC異常が成長するかも知れない。TEC標準曲線と各々の地震におけるTEC変化曲線との形の比較から、一見かなり違って見える各地震の地震前TEC上昇曲線の形の差異は小さく、地域性はそれほど顕著ではないことが示唆された。

著者

橋本 繭未 日置 幸介

出版者

日本測地学会

雑誌

測地学会誌 (ISSN:00380830)

巻号頁・発行日

vol.64, pp.51-55, 2018 (Released:2019-04-01)

参考文献数

8

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Water vapor molecules from ascending missiles or rockets often cause ionospheric electron depletion, which could be detected as changes in total electron content (TEC) by ground GNSS receivers. Here we present six cases of North Korean missiles/rockets launched in 1998-2017, and compare them with three examples of H2A launches from Japan. We found that the TEC drops are proportional to the background TEC for the same type of rockets, and classified the past cases into three groups using the ratios of TEC drops to the original TEC, i.e. the H2A class, the Taepodong-2 class, and the Taepodon-1 class. Missiles or rockets from North Korea 2009-2016 all belonged to the Taepodong-2 class. In 2017, two inter-continental ballistic missiles (ICBM) were launched from North Korea in July and in November. The first one showed ionospheric electron depletion comparable to the Taepodon-2 class cases, but the second missile much larger TEC drops possibly reflecting a significant technological progress within 2017.

著者

日置 幸介 菅原 守 大関 優 岡崎 郁也

出版者

日本測地学会

雑誌

測地学会誌 (ISSN:00380830)

巻号頁・発行日

vol.56, no.4, pp.125-134, 2010 (Released:2012-03-30)

参考文献数

17

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Two carrier frequencies, L1 and L2, used in Global Positioning System (GPS) can be used to isolate ionospheric total electron contents (TEC) by taking the phase differences between the two carriers (L4). Here we review technical aspects of geophysical applications of TEC measurements. Topics include conversion of standard format raw GPS data files into L4 and TEC, and numerical techniques to isolate disturbance signals with various time scales. We also introduce typical examples of TEC change signatures of variety of geophysical phenomena, e.g. volcanic eruptions, earthquakes, solar flares, ionospheric hole formation by rockets and missiles, solar eclipse, and elusive precursory TEC changes before earthquakes.

著者

日置 幸介

出版者

公益社団法人 計測自動制御学会

雑誌

計測と制御 (ISSN:04534662)

巻号頁・発行日

vol.53, no.6, pp.469-472, 2014-06-10 (Released:2017-03-18)

参考文献数

17

著者

日置 幸介 齋藤 昭則

出版者

北海道大学

雑誌

基盤研究(C)

巻号頁・発行日

2005

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地震や火山噴火に伴う電離圏擾乱はドップラー観測などによって以前から知られていたが、我が国の稠密GPS観測網であるGEONETによって電離圏全電子数(TEC)として手軽かつ高時間空間分解能で観測できるようになり、多くの知見が得られた。その一つが2003年9月26日の十勝沖地震に伴う電離圏擾乱で、震源から上方に伝搬してきた音波が、電子の運動と地球磁場の相互作用であるローレンツ力を受けて生じる擾乱伝搬の方位依存性が明らかになった。また正確な伝搬速度が初めて求められ、この擾乱が地表を伝わるレーリー波や大気の内部重力波ではなく、音波によるものであることが明快に示された。これらの知見を基礎に、スマトラ地震による電離圏擾乱から震源過程を推定するという世界初の試みを行った。その結果地震計では捕らえられないゆっくりしたすべりがアンダマン諸島下の断層で生じたことを見出した。その論文は米国の専門誌JGRで出版された。また2004年9月1日の浅間山の噴火に伴う電離圏擾乱が確認された。これは火山噴火に伴う電離圏擾乱の初めてのGPSによる観測である。アメリカの炭坑でエネルギー既知の発破を行った際に生じた電離圏擾乱が過去に報告されているが、それとの比較により2004年浅間山噴火のエネルギーを推定することができた。この研究は米国の速報誌GRLに掲載された。さらに太陽面爆発現象に伴って生じる電離圏全電子数の突発的上昇のGPSによる観測結果をまとめたものを測地学会誌で報告した。今年度は、2006年1月に種子島から打ち上げられたH-IIAロケットの排気ガスの影響による電離圏の局地的消失現象をGEONETで観測した結果およびそのモデルをEPS誌に発表した。電離圏の穴は電波天文学に応用可能であるだけでなく、GPS-TEC法による穴の探査は地球に衝突する彗星の発見にも応用できる将来性のある技術である。また地震学会の広報誌である「なゐふる」に地震時電離圏擾乱の解説文を掲載して、その普及に努めた。

著者

田中 優作 日置 幸介

出版者

公益社団法人 日本地震学会

雑誌

地震 第2輯 (ISSN:00371114)

巻号頁・発行日

vol.69, pp.69-85, 2017 (Released:2017-05-26)

参考文献数

71

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The Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellite system was launched in 2002, and has been playing important roles in various disciplines of earth and environmental sciences through measuring time-variable gravity field of the earth. It also offers a unique viewpoint to study earthquakes in terms of mass redistribution. We provide a review of earthquake studies with GRACE, e.g. basic facts of the satellite system and available data types, several kinds of non-earthquake gravity changes which may mask the earthquake-related signals. We also summarize past researches about co- and postseismic gravity changes. Two dimensional coseismic gravity changes were first observed with GRACE for the 2004 Sumatra-Andaman earthquake. After that, GRACE has caught coseismic gravity changes of the 2010 Maule, the 2011 Tohoku-oki, the 2012 Indian-ocean, and the 2013 Okhotsk deep-focus earthquakes. Such coseismic gravity changes are due mainly to two factors, i.e., the density changes around the fault edges, and the vertical deformations of boundaries with density contrasts such as the surface and the Moho. Short- and long-term postseismic gravity changes are considered to stem from afterslip and viscoelastic relaxation, respectively, but further studies are needed to quantitatively explain the observations.

著者

日置 幸介

出版者

公益社団法人 東京地学協会

雑誌

地学雑誌 (ISSN:0022135X)

巻号頁・発行日

vol.103, no.5, pp.522-527, 1994-10-25 (Released:2009-11-12)

参考文献数

17

被引用文献数

1 1

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Following an episode in Northeast Iceland known as the “Krafla Rifting Episode” 1975-1981, a transient accerelation of the spreading rate between the North American and Eurasian plates was observed by geodetic surveys 1987-1990 using Global Positioning System (GPS). This post-rifting crustal deformation can be interpreted as the response of the shallow elastic layer to the rifting episode (dyke intrusions) delayed by mechanical coupling with an underlying viscous layer. We also found a smaller amount of radial displacements possibly caused by the inflation of the magma chamber beneath the Krafla Caldera.

著者

日置 幸介

出版者

北海道大学

雑誌

基盤研究(C)

巻号頁・発行日

2014-04-01

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GNSS衛星を利用した観測によって地震に伴う電離圏全電子数の異常に関する総合的な研究を行った。本研究では地震十分後に生じる異常の振幅と背景となる電離圏全電子数と地震のモーメントマグニチュードの関係を定式化した。また地震直前に電離圏全電子数に異常が生じることが2011年東北沖地震によって発見されたが、本研究では数多くの地震のデータ解析から、異常が始まる時間がM9クラスで40分前、M8クラスで20分前であること、全電子数の変化率でみた異常の大きさがMwと背景全電子数の関数として表されることを明らかにした。また異常の空間構造から、地震前に地表に発生する正電荷が原因である可能性が高いことがわかった。

著者

前田 隼 日置 幸介

巻号頁・発行日

2014-11-03

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地球電磁気・地球惑星圏学会 第136回講演会. 2014年10月31日-11月3日. キッセイ文化ホール(長野県松本文化会館)

著者

高坂 宥輝 日置 幸介

出版者

日本地球惑星科学連合

雑誌

日本地球惑星科学連合2019年大会

巻号頁・発行日

2019-05-17

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2011年東北沖地震を契機に、大地震の前兆が地球の超高層大気である電離圏の全電子数(Total Electron content、TEC)変化として直前に現れることが、GNSS(Global Navigation Satellite System)衛星の2周波マイクロ波の位相差から見いだされた(Heki, 2011)。その後の数多くの地震前後のTECデータの解析により観測事実は充実していったが(e.g. He & Heki, 2017)、原因となる物理過程に関しては未解明な部分が多い。この前兆の存在は、本格的な断層滑りが始まる前に地震の最終的なサイズがある程度決まっていることを示唆し、地震学的にも重要である。現在考えられている地震直前のTEC変化のシナリオは以下のようなものである。地震直前に断層を一方の端から侵食(弱化)する過程が起こる際に、微小な割目や食い違いが岩石中に生じる。そこで過酸化架橋と呼ばれる格子欠陥が切断されて生じた電子の空隙(正孔)が電子の移動とともに岩石中を移動し、互いの反発によって拡散した結果地表に蓄積する。蓄積した正孔は大気中に上向き電場を作り、地震断層が大きい場合電場は超高層大気に達する。電離圏内では磁力線に沿った電気抵抗が極めて小さいため、磁力線に沿って荷電粒子が移動してその方向の外部電場を打ち消す誘導電場が生じる。その過程で震源上空の電離圏下端の電子密度が上昇し、逆に高高度の電離圏では電子密度が減少する。この構造は電離圏トモグラフィーで推定した2015年Illapel地震直前の電子密度異常の3次元構造からも支持される(He and Heki, 2018)。本研究では地震直前TEC変化の物理過程の解明に向けて、地震直前直後のTEC変化を、前兆が認められた18の地震(Mw7.3-9.2)について比較し、それらの間のスケーリング則を議論する。またそれらをスタックしたTEC変化標準曲線を導出し、物理過程のヒントを探す。上述のシナリオから考えると、地震とともに応力が解放され、新たな食い違いや割れ目の発生が起こらなくなると、地表の正電荷蓄積も停止し、TEC異常の成長も頭打ちになるだろう。導出した標準曲線から、地震発生時から音波擾乱が生じる約十分後までの間は、予測どおりTECは増加せず、ほぼ一定で推移することが示唆された。またTEC異常の蓄積曲線は地域性を持つ可能性がある。陸域に対する海域の割合が大きい地域の地震では、電気伝導度の高い海水中の電荷拡散が速く、電荷が地表に蓄積しにくい。そのためTEC異常の成長も早期に定常状態になるだろう。逆に陸域では電荷の消散が遅く、地震まで継続してTEC異常が成長するかも知れない。TEC標準曲線と各々の地震におけるTEC変化曲線との形の比較から、一見かなり違って見える各地震の地震前TEC上昇曲線の形の差異は小さく、地域性はそれほど顕著ではないことが示唆された。

著者

笠原 稔 宮町 宏樹 日置 幸介 中川 光弘 勝俣 啓 高橋 浩晃 中尾 茂 木股 文昭 加藤 照之

出版者

北海道大学

雑誌

基盤研究(A)

巻号頁・発行日

2002

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ユーラシアプレートと北米プレートの衝突帯には、2つの巨大プレートとは独自の変動をするオホーツクプレートとアムールプレートの存在が提案されてきた。そこで、実際の観測の手薄な場所でもあったこの地域での境界域テクトニクスを検討するために、想定アムールプレート内のGPS観測により確認することと、この地域での地震観測の充実を意図して、この研究計画は進められた。1995年以来進めてきた日口科学技術協力の一環として、この地域での共同研究の推進に関するロシア科学アカデミーと日本側大学連合との合意を元に、2002年から2004年の計画で、GPSの可能な限りの多点化と連続観測を主として極東ロシアでの観測を進めてきた。また、地震観測は、サハリン島の衝突境界としての特徴を明らかにするために、南サハリン地域での高感度高密度観測を推進してきた。結果として、アムールプレートの動きは想定していたほど単純なものではなく、計画の3年間では結論付けられなかったが、その後の日口での観測継続の結果、サハリンでの短縮はかなり明瞭ながら、その原因をアムールプレートの東進とするには、まだ難しいということになっている。今後、ロシア側の観測網の充実が図られつつあり、その解決も時間の問題であろう。一方、サハリンを含む、日本海東縁部に相当する、2つのプレートの衝突帯と想定される場所での地震活動は高く、2000年8月のウグレゴルスク南方地震の後も、中越地震、留萌支庁南部地震、能登半島沖地震、そしてネベリスク地震、と引き続き、これらの地震発生帯が、2つのプレートの衝突境界域であることを示していると思われる。また、南サハリンでは、高感度高密度地震観測が続けられ、明瞭な南北延長の地震活動帯が認識できるようになってきた。これらは、北海道の地震活動帯の延長と考えられ、今後より一層、衝突帯のテクトニクスを考える上でのデータを提供できたものと評価できる。

著者

小林 裕太 日置 幸介

出版者

日本測地学会

雑誌

測地学会誌 (ISSN:00380830)

巻号頁・発行日

vol.58, no.2, pp.89-93, 2012-10-25

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The Earth's spin axis moves by various factors, and mass redistribution associated with seismic faulting is also expected to contribute to this movement. However, there have been no space geodetic observations of coseismic polar motion excitations to date. In this study, we analyze the time series of the excitation functions of the polar motion, and try to detect steps due to the three recent M9 class earthquakes, i.e. the 2004 Sumatra-Andaman, the 2010 Chile (Maule), and the 2011 Tohoku-Oki earthquakes. For the 2010 Chile earthquake, a significant step was detected but was not consistent with the anticipated direction.

著者

小林 裕太 日置 幸介

出版者

日本測地学会

雑誌

測地学会誌 (ISSN:00380830)

巻号頁・発行日

vol.58, no.2, pp.89-93, 2012 (Released:2013-02-26)

参考文献数

16

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The Earth’s spin axis moves by various factors, and mass redistribution associated with seismic faulting is also expected to contribute to this movement. However, there have been no space geodetic observations of coseismic polar motion excitations to date. In this study, we analyze the time series of the excitation functions of the polar motion, and try to detect steps due to the three recent M9 class earthquakes, i.e. the 2004 Sumatra-Andaman, the 2010 Chile (Maule), and the 2011 Tohoku-Oki earthquakes. For the 2010 Chile earthquake, a significant step was detected but was not consistent with the anticipated direction.

著者

日置 幸介 田村 良明

出版者

国立天文台

雑誌

基盤研究(C)

巻号頁・発行日

2001

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科研費申請時には年周地殻変動は現象のみが知られておりその原因は謎であったが、本研究により原因がほぼ究明されただけでなく、地震活動の季節変動との因果関係もある程度明らかにすることができた。昨年度は国土地理院のウェブページより取得したGPS全国観測網の2年間のデータと、アメダス積雪深度データを対比することにより、東北地方で顕著に見られる年周成分の主な原因が積雪荷重による弾性変形であることを解明した。この成果は初年度に米サイエンス誌の論文となり、わが国でも主要なメディアに取り上げられる等大きな反響を呼んだ。また田村は、年周視差によって銀河系の測距を行うVERA計画に年周地殻変動が及ぼす影響について詳細な、検討を行った。日本列島の地震活動には季節性が見られるが、海溝型地震は秋冬に多く内陸地震は春夏に多い傾向が昔から知られている。今年度は内陸地震特に積雪地域に発生する地震の季節性を調べ、積雪荷重との因果関係を研究した。地震に先立つ歪の蓄積速度と積雪荷重による断層面でのクーロン破壊応力の増加を定量的に比較し、前者の一年分のほぼ10%におよぶ応力擾乱が積雪荷重によって発生することがわかった。両者の相対的な大きさから、雪どけ時期にピークをもつ地震発生頻度は最小時の三倍程度になることが予測される。もっとも新しい日本の被害地震のカタログから、内陸地震の発生時期を積雪地域で発生したものとそれ以外について統計処理した。その結果モデルから予測されるのと調和的な季節変動が積雪地域で見られ、一方積雪のない地域ではそのような傾向が見られないことを明らかにした。これはEarth Planet. Sci. Lett.誌に2003年2月に掲載され、Nature(http://www.nature.com/nsu/030210/030210-13.html)及びNew Scientist(http://www.newscientist.com/news.jsp?id=ns99993409)の外国の科学雑誌にニュースとして取り上げられただけでなく、国内で、も大きな話題となった(http://slashdot.jp/articles/03/02/19/122254.shtml)。補助金額を考えると極めて投資効率の良い研究補助であったと言うことができよう。