2011年東北地方太平洋沖地震後にGPS全電子数観測により捉えられた電離圏変動

津川卓也¹, 齊藤昭則², 大塚雄一³, 西岡未知³, 丸山隆¹, 加藤久雄¹, 長妻努¹, 村田健史¹

1 情報通信研究機構, 2 京都大学理学研究科地球物理学教室, 3 名古屋大学太陽地球環境研究所

2011年3月11日14時46分（JST）に発生したMw9.0の東北地方太平洋沖地震の約7分後から数時間にかけて、 宇宙の入り口である高度300km付近の電離圏で、震源付近から波紋のように拡がる大気波動を観測しました。国土地理院のGPS受信機網「GEONET」を利用し、情報通信研究機構・京都大学・名古屋大学が共同して行なっている電離圏全電子数（TEC）観測により明らかになったものです。

 

GEONETを利用して算出されたTEC変動のアニメーション。
動画ファイル： MPEG形式 [12.6MB] / MOV形式 [7.9MB]

14:50 JST	14:55 JST	15:00 JST	15:05 JST
15:15 JST	15:25 JST	15:55 JST	16:25 JST
図1　GEONETを利用して算出されたTEC変動。 赤星は震央、×印は電離圏震央を示しています。同心円の補助線は電離圏震央を中心としています。

図1は、国土地理院のGPS受信機網（GEONET）データを利用して算出された電離圏全電子数（TEC）の変動です。TECは単位面積を持つ鉛直の仮想的な柱状領域内の電子の総数で、一般的に1TEC Unit（TECU） = 10¹⁶/m²で表されます。ここでは、10分以下の短周期変動のみを示しています。色はTEC変動の振幅を示しており、赤は定常レベルから+0.2 TECU、黒は−0.4 TECUです（この時刻の背景TECは20-30 TECU）。

地震発生の約7分後から、電離圏震央を中心とした波が同心円状に拡がっていたことがわかりました。この電離圏震央は、地震計から推測される震央から約170km南東にずれており、津波のソースとほぼ一致していることがわかりました。同心円状の波は、時間と共に伝搬速度が遅いものが現れており、西日本では18:00 JST 近くまで観測されていました。 

地震は、地中の波（地震波）、海洋の波（津波）だけではなく大気の波（音波、大気重力波）を起こし、その大気の波が電離圏高度まで到達したと考えられます。このような電離圏高度の波は、2004年のスマトラ地震や2010年のチリ地震等、他の巨大地震でも観測されていますが、高い分解能かつ広範囲に、現象の全体像を詳細に観測したのは今回の観測が初めてです。

今回の発見は、衛星測位や衛星-地上通信等に影響を与える電離圏の変動に、下層大気の波がどのように関わっているかを明らかにする研究の一端であるとともに、宇宙からの津波監視といった実利用にも応用できる可能性を示しています。