気象庁震度階級

気象庁震度階級^[1]（日本では震度階級として知られている） [ ^2]は、地震によって引き起こされる局所的な地面の揺れの強さを分類するために日本で使用される震度階級です。

気象庁の震度スケールは、地震が放出するエネルギーの量を表すモーメントマグニチュード（Mw）や以前のリヒタースケールなどのマグニチュードの測定と混同したり、統合したりしてはならない。メルカリ震度スケールと同様に、気象庁の制度は、被災地域全体に分布する測定地点で地表の揺れがどの程度発生するかを数値化する。震度は「震度」と呼ばれる数値で表され、値が高いほど揺れが激しい。値は最大地盤加速度と揺れの持続時間から算出されるが、これら自体は震源までの距離や深さ、現地の土壌状態、その間の地質の性質、地震のマグニチュードなどの要因によって影響を受ける。したがって、すべての地震には多数の震度が伴う。

震度を計算するために必要なデータは、「モデル95」強震 加速度計を使用した670の観測所のネットワークから取得されます。^{[3] [4]}当局は、メディアやインターネット^[5]を通じて、地震の発生時刻、震源地（場所）、マグニチュード、深さ、そして被災地での震度測定値をリアルタイムで国民に報告しています。

1887年に中央気象台となった東京気象台^{[6]は、1884年に初めて震度}4段階の「微弱」、「弱」、「強」、「烈」の4段階の震度スケールを定義した。1898年にこのスケールは数値方式に変更され、地震にレベル0～ 7が割り当てられるようになった。^[7]

1908年に、各レベルの記述パラメータが定義され、地震に伴う特定の場所の震度は、各観測地点の人々への影響に応じてレベルが割り当てられました。これは明治時代に広く使用され、昭和時代に改訂され、記述は全面的に見直されました。^[7]

1995年の阪神淡路大震災では、震度7の揺れを初めて発生させた地震となったが、この地震を受けて震度5と6はそれぞれ2つの新しいレベルに再定義され、震度スケールは0～4、5弱（5–）、5強（5+）、6弱（6–）、6強（6+）、7の10段階に再構成された。この震度スケールは1996年から使用されている。^[7]

気象庁の震度階級は、日本ではあまり使われていないメルカリ震度階級に似た方法で、震度0から7のレベルで表されます。リアルタイムの地震報告は、被災地域全体の最大地盤加速度の震度計測定から自動的に計算され、気象庁は測定地点の地盤加速度に応じて特定の地震の震度を報告します。地盤加速度と震度の間には単純な線形相関関係がないため（揺れの持続時間にも依存します^{[8] [9] [10]}）、次の表の地盤加速度値は近似値です。^{[より良い情報源が必要]}

震度7（しんどいな）は、気象庁の震度スケールにおける最大の震度であり、計測震度（計測震度）6.5以上の地震を対象とする。^[15]震度7では、意志による移動が不可能になる。^[13]この震度は、1948年の福井地震を受けて設定された。 1995年の阪神大震災で初めて観測され、「凶暴な地震」に分類された。

日本では1997年4月以来、気象庁の震度階級に基づいて地震の強さを計測・報告するために「震度計」と呼ばれる自動計測装置を導入している。これは、人間による観測と被害評価に頼っていた旧システムに代わるものである。

1991年に「90型震度計」の設置が開始されたが、これは波形を記録する機能を持っていなかった。1994年には改良型の「93型震度計」が導入された。このモデルはメモリカードにデジタル波形を記録できるようになった。その後、「95型震度計」が導入され、加速度限界の2倍の観測が可能になったり、サンプリングレートが向上したりするなど、いくつかの改良が行われた。現在、気象庁の震度計はすべてこの「95型」である。^{[19] [20]}

95型震度計の仕様^[21]

観測成分：NS（南北）、EW（東西）、UD（上下）の3成分（震度は3成分の合成）

測定範囲: 2048 ガロンから -2048 ガロン

サンプリングレート: 100Hz、24ビット

記録基準：震度0.5以上（1分間隔で収集）

記録媒体：ICメモリーカード

2009年末までに約4,200台が気象庁の「震度情報」に使用され、2011年8月までにその数は4,313台にまで増加した。これは、実測震度への移行時に使用されていた約600台から大幅に増加した。これは、日本の地震観測網が世界でも有​​数の充実度であることを示している。これらの地震観測網のうち、約600台は気象庁が管理し、約780台は防災科学技術研究所（NIED）が、約2,900台は地方自治体が管理している。^{[22] [23]}

このネットワークは、平成の大市町村合併を前に各市町村に1台ずつ設置することを目標に設計され、完全なカバー率を確保するため、離島や人口の少ない地域に追加で設置された。

気象庁の情報に使われる震度計以外にも、気象庁の情報には使われていない震度計が地方自治体などによって多数設置されている。また、ダムや河川、鉄道などのインフラの安全確保のため、公共機関や公共交通機関が独自に設置しているものもある。

震度計の設置には、震度の測定精度を確保するため、一定の基準が設けられており、気象庁は震度計の設置場所が適切でない場合には震度計のデータを震度情報に利用しない。

まず、これらのメーターは、専用の頑丈なスタンドに設置する必要があります。土手や崖では地面の揺れが大きくなるため、メーターは屋外の平らで安定した地面に設置し、近くに段差がなく、スタンドの少なくとも3分の2は地中に埋める必要があります。近くの構造物に関する規則もあります。メーターは、倒れてメーターに当たる可能性のある木や柵から十分に離してください。メーターを屋内に設置する場合は、1階の柱の近くに配置し、地下から2階までどこにでも設置できます。メーターは、免震構造または制震構造の建物には設置されません。

震度計はスタンドにしっかりと取り付けるか、屋内にある場合は床に取り付ける必要があります。各タイプの震度計の設置手順に従い、可能であればアンカーボルトで固定することをお勧めします。

気象庁では、地震の震度情報に使用する震度計の設置場所をA～Eの等級で評価しています。A～Cは許容範囲、Dは一般的には使用されないが慎重に検討すれば使用してもよい、Eは許容範囲外となっています。

しかし、震度計が不適切な場所に設置されていたにもかかわらず震度情報が使用され、後にその正確性が疑問視され訂正された事例もある。例えば、2008年7月の岩手県沖地震では、岩手県洋野町大野で震度6強（後に6弱に変更）を記録した。この震度は近隣の市町村と比べてはるかに高かったため、調査が行われた。同年10月29日、気象庁は大野の震度計が地震観測に不適な場所にあるとして震度データから削除し、最大震度を6強から6弱に訂正したと発表した。^[24]大野の震度計は当初、適合と評価されていたため、他の震度計も設置場所が劣化している可能性が指摘されている。

気象庁が地震観測点を増やしたことにより、1996年に地震観測点が大幅に増加しました。これにより、震源地付近で強い地震を感知しやすくなりました。例えば、大きな被害をもたらしたものの震度4にとどまった1984年の長野地震や、震度5と評価された大地震であった1946年の南海地震は、震源地付近に観測点がなかった1995年以前には震度は低くなっていたでしょう。観測点が増えた後は、以前と同じ規模の地震でも震度が高くなる傾向があり、震度6弱のような高い震度が報じられることが多くなりました。^{[25] [26]}地震観測点の増加により、震源地に近い場所での地震の震度を検知することが可能となり、気象庁は全観測点で検知された最大震度と気象庁事務所で計測された震度の差を調査し、^{[4] [27]}観測点の増加が最大震度にどのような変化をもたらしたかを把握している。以下にいくつか例を挙げる。

地震の規模が小さくなると、震度6弱の範囲は狭くなる。それでも、観測点が多ければ、震度6弱の範囲に入るものもあるだろう。しかし、観測点が少なければ、観測点にとらわれないため、最大震度が低くなる可能性が高い。1995年以前は、最大震度6の地震は確かにマグニチュードで「大地震」だった。しかし、1996年以降は、ごく浅い小地震でも震度5や6が報告されることが多くなったため、「最大震度6の地震」を1995年以前と同列に扱うのは適切ではない。^[25]阪神淡路大震災以降、地震が増えたように思えるかもしれないが、これは地震が増えたからではなく、震度の報告が増えたからである。^[25]

また、震度観測点は地域的に均一に分布しているわけではなく、都市部を中心に人口密度の高い地域に設置されることが多い。特に地方公共団体が設置する観測点ではその傾向が強く、人口密度の高い地域では表土層における震度の増幅率が高くなる傾向がある。^[26]

気象庁などが使用している地震計は、加速度計を通じて揺れを観測する。まず、上下、南北、東西の3つの動きの成分を加速度の時間領域信号として計測する。その後、以下の手順で計測震度（10進値）を算出する。^[32]

1. 垂直、南北、東西の動きの時間領域信号は、フーリエ変換によって周波数領域信号に変換されます。
2. 地震波周期の影響を補正するために、垂直、南北、東西の動きの周波数領域信号のそれぞれにフィルタリングが適用されます。ここで使用されるフィルタは、それぞれが周波数の関数である複数のフィルタの積です（）。 ${\displaystyle f}$
   • ローカット（低周波除去）フィルター： ${\displaystyle {\sqrt {1-\exp \left(-\left({\frac {f}{0.5}}\right)^{3}\right)}}}$
   • ハイカット（高周波除去）フィルタ：（ ここで）${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {1+0.694x^{2}+0.241x^{4}+0.0557x^{6}+0.009664x^{8}+0.00134x^{10}+0.000155x^{12}}}}}$${\displaystyle x={\frac {f}{10}}}$
   • 周期効果フィルター: ${\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{f}}}}$
3. フィルタリングされた垂直、南北、東西の動きの周波数領域信号を逆フーリエ変換によって時間領域（加速度）信号に変換します。
4. 垂直、南北、東西の動きの 3 つの要素を組み合わせて、単一の複合加速度を作成します。
5. 合成加速度の絶対値が またはそれ以上である合計時間がちょうど 0.3 秒になるようなしきい値を見つけます。言い換えると、合成加速度信号を時間の関数としてとします。となるようなしきい値を見つける必要があります。ここで、 はヘビサイドのステップ関数、 は考慮する時間間隔の境界です。目的は、震度を計算するための基準となるマグニチュード を 0.3 秒間の揺れに標準化し、計算される震度を実際の揺れによる被害に近づけることです。${\displaystyle a}$${\displaystyle a}$${\displaystyle A(t)}$${\displaystyle t}$${\displaystyle a}$${\displaystyle \int _{T_{1}}^{T_{2}}H(|A(t)|-a)dt=0.3}$${\displaystyle H(x)}$${\displaystyle T_{1}}$${\displaystyle T_{2}}$${\displaystyle a}$
6. 計算します。${\displaystyle I=2\log_{10}a+0.94}$
7. 小数点第3位を四捨五入し、小数点第2位を切り捨てて計測震度を決定します。${\displaystyle I}$

計測震度を四捨五入（マイナスの場合は0、8以上の場合は7）して、0～7の震度レベルを決定します。震度5、6の場合は、切り上げか切り捨てかによってさらに下限と上限に分けられます（震度の概要の項を参照）。

1971年に行われた、気象庁とメドベージェフ・スポンホイアー・カルニク（MSK）スケールの震度を収集・比較した研究では、気象庁スケールは小規模地震に適しており、MSKスケールは大規模地震に適していることが示された。また、この研究では、気象庁震度3までの小規模地震では、MSKと気象庁の値の相関関係はMSK = JMA1.5 + 1.5という式で計算できるが、大規模地震では相関関係はMSK = JMA1.5 + 0.75であることが示唆された。^[33]

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