1．地震発生・火山噴火予測手法の開発
1．1 物理モデルによるプレート境界地震発生の予測
1．1．1 予測のための標準モデル構築と長期予測の信頼性向上
1．1．2 滑りのモニタリングと推移予測
1．1．3 断層滑り力学に基づく物理モデルの改良
1．2 史料と地質データに基づく地震シナリオの構築
1．3 統計的モデルによる地震活動予測
1．4 火山活動のモニタリングと時空間発展の予測
1．5 噴火シナリオの高度化
2．予測を目指した地震・火山噴火現象の理解の深化
2．1 地震現象の定量化とモデル化
2．1．1 複雑な断層系での地震発生
2．1．2 物理モデルが不明確な地震先行現象
2．2 火山現象の定量化とモデル化
2．2．1 マグマ噴火を主体とする火山
2．2．2 熱水系が卓越する火山
2．2．3 低頻度大規模噴火
2．3 プレート内地震・火山噴火の発生場のモデル化
2．3．1 東北地方太平洋沖地震の地殻応答
2．3．2 海洋プレート内部の地震
2．3．3 内陸地震と火山噴火
2．4 観測・解析技術の開発及び継続的高度化
3．強震動と津波の事前予測・即時推定手法の高度化
4．研究基盤の整備
5．教育及び社会への対応
6．体制整備
平成21年度から実施されている「地震及び火山噴火予知のための観測研究計画」の外部評価では、現行計画で得られた研究成果が学術面において高く評価され、地震と火山噴火の研究体制が統合されたことも効果的であったとされた。しかしながら、2011年東北地方太平洋沖地震という超巨大地震による被害軽減に貢献できなかったことが大きな課題として指摘され、観測研究の体制や運営方法などの抜本的な見直し、防災・減災に役立つ研究の実施、そして研究成果の社会への発信が強く求められている。地震発生や火山噴火機構の科学的な解明が現時点で不十分であるため、地震や火山現象の解明を目指した基礎研究を推進することは言うまでもない。さらに、現行計画は、地震や火山噴火の発生及びそれらに伴う現象の予測を実現することによって防災・減災を目指すという社会的な要請に基づくものであり、政府機関が実施する防災情報の発表の高度化や災害誘因の評価に資する基礎を作ることは社会的な使命であることも強く認識する必要がある。
そこで、次期計画は、研究のレベルをこれまで以上に高めると同時に、単なる基礎研究ではなく、地震の発生及び地震に伴う現象の予測を実現することによって防災・減災を目指すという位置付けを明確にする。また、火山噴火の事象系統樹を明らかにし、噴火事象の分岐過程を支配する機構を解明し、噴火規模、様式、推移の予測を実現することによって防災・減災を目指すという考え方で取り組む。防災・減災への具体的な貢献を強く意識し、地震と火山噴火に関する研究の統合がより有効に機能するように連携を強化する必要がある。このような考え方に基づき、地震、火山それぞれのワーキンググループ、及び両ワーキンググループの合同会議で、次期計画の構成や実施内容の検討を進めてきた。その結果を以下に紹介する。
現行計画は、「1．地震・火山現象予測のための研究」、「2．地震・火山現象解明のための研究」、「3．観測技術の開発」の3項目を研究の柱としている。地震・火山現象の予測のためには現象の理解は不可欠であり、また、予測や解明のための研究を高度化するためには技術開発が必要であることから、これら3項目が研究の柱とされた。しかし、現象の解明から予測への道筋が具体化されていなかったことなどから、地震・火山現象の予測という最終目標に対する意識が薄れがちであったことは否めない。現行計画に対して行われた外部評価は、今後の計画に対して、地震や火山噴火の予知・予測の実現に向けた長期目標を定めるとともに、短期的な目標を掲げて研究を進めることを求めている。また、研究成果を防災・減災に生かすために、他分野の研究者と強く連携した研究計画が必要としている。さらに、これを実現するため、研究の優先度を研究者が自らの専門的知識を生かして、自らの責任で戦略的に決定する必要性についても述べられている。これらを考慮し、今回提案する計画では、「1．地震発生・火山噴火予測手法の開発」、「2．予測を目指した地震・火山噴火現象の理解の深化」、「3．強震動と津波の事前予測・即時推定手法の高度化」の3項目を研究の柱とする。項目1と2は、地震発生・火山噴火の発生の予測を目指す研究である。項目1では、現段階の地震学及び火山学の最新の知見やモデルを応用し、試験的に地震発生や火山噴火活動の予測を実践しながら予測手法の開発と改良を行う。項目2では、近い将来にすぐに役立つことはないが、長期的視点に立って地震・火山噴火の発生に関する基礎的な法則等を研究し、次世代の予測モデルの開発につなげる研究を行う。項目3では、地震現象に対する理解を活用して、強震動や津波の予測精度向上に資する基礎研究を実施することにより、防災・減災に貢献することを目指す。
地震に関しては、現計画では主に地震発生の予知・予測により防災・減災を目指している。しかし、地震予知実現のために解決しなければならない課題は非常に多く、近い将来に防災・減災に貢献できる可能性は低い。超巨大地震の発生に対する考慮が不十分であったことをはじめとして、地震の長期予測についても課題は多く、その信頼性を向上させるための研究は重要である。本計画では、これまで活用されていなかったデータやモデルを利用して長期予測を改善するための研究を行うとともに、物理モデルと観測データに基づいて地震発生に至る過程を把握してその後の推移を予測する手段の確立を目指して研究を行う。地震学を防災・減災に役立てる手段は、地震の予知・予測だけではない。新計画では、強震動や津波の予測精度向上のための基礎的な研究も行う。これらの成果が実用化されるように工学研究者や防災研究者との連携強化を組織的に進める。本計画に基づく基礎研究の推進により、地震調査研究推進本部との連携を通じて、地震・火山噴火に伴う災害の軽減に貢献することを目指す。
火山噴火予知研究に関しては、多項目による火山モニタリングが十分行われている火山においては、火山体内部で起きている事象が定量化され、その事象と地表面現象との関係を把握できるようになりつつある。例えば、マグマ溜まりや火道の位置などの火山体構造や浅部熱水系の詳細な時間的変化の定量的な記述、ブルカノ式噴火の発生直前の地震・地殻変動データと噴火規模や様式の相関の発見など、モニタリング技術や予測方法の構築を着実に進めている。また、現計画からは、防災・減災対策に直接的に役立てるため、火山活動や噴火の事例が比較的多く利用できる伊豆東部火山群や霧島山、桜島において、火山活動の時系列を一覧できる噴火シナリオが作成され、高い評価を得ている。このように昭和49年に始まった噴火予知計画は着実に進展しつつあるものの、例えば、2011年の噴火の数年前から火山性異常が観測されていた霧島山では、噴火に前駆して発生すると考えられていた火山性地震活動の活発化や急激な山体膨張などが直前に観測されず、2011年1月の準プリニー式噴火の発生やブルカノ式噴火への移行は予測できなかった。また、活発なブルカノ式噴火活動を続ける桜島についてはこれまでに多くの研究成果があるものの、防災上極めて重要な大噴火の発生の事前予測をすることはまだ難しい。そのほか、1998年岩手山や2000年富士山、2001年と2006年の箱根山などに代表されるように、顕著な火山性地震活動や山体膨張が観測されても噴火に至らないことも多いなど、噴火規模や様式の予測だけでなく、噴火発生の有無の予測は大きな研究課題である。
以上の背景及びこれからの研究の進展の予測に基づき、地震、火山について、それぞれ、1、2、3節の小項目を次のように用意する。
地震現象については、「1．1 物理モデルによるプレート境界地震発生の予測」では、物理モデルと観測データを利用して、地震発生の長期評価の信頼性を向上させるための手法を開発する。さらに、断層滑り発展を予測するためのモデルを構築し、それを基に観測データから、現在のプレート境界の状態を把握し、今後の滑り発展の予測を試行する。また、これをさらに、摩擦滑りの素過程、物性不均一や断層間相互作用の影響による複雑な滑り過程、震源核、津波地震を含む低速の滑り現象の解明等により、物理モデルの高度化、モデルパラメタ設定の改善につなげる。一方で、大地震の発生間隔は長く、近代的な地震観測データだけからは大地震の起こり方を理解することは難しい。「1．2 史料と地質データに基づく地震シナリオの構築」では、史料や地質・地形データから長期にわたる大地震再来の性質を明らかにする。特に、低頻度で大規模な地震についての研究手法は限られており、これらデータを積極的に活用し、1．1との連携により地震発生長期評価の改善につなげるべきである。「1．3 統計的モデルによる地震活動予測」では、膨大な蓄積がある地震活動データに基づき、活動度の変化などを利用して地震活動予測を行い、その予測性能を統計的に評価する。「2．1 地震現象の定量化とモデル化」では、1．1で用いる物理モデルでは考慮していない複雑な断層系で期待される現象の研究を行い、次世代の地震発生物理モデルの開発を目指す。さらに、これまでに報告されている多くの地震先行現象について、現象と地震との関係の有意性の統計的評価や物理機構の研究を行う。地震先行現象の評価については様々な意見があるが、予測の時間精度を高めるためには先行現象の研究は重要と考える。「2．3 プレート内地震・火山噴火の発生場のモデル化」では、海洋プレート内部の地震や内陸地震の震源域への応力集中機構を解明し、これら地震の発生過程のモデル化を目指す。火山周辺の構造が内陸地震発生に結びついている場合もあると考えられるため、内陸地震と火山噴火の場は地震・火山共同で研究を進める。「2．4 観測・解析技術の開発及び継続的高度化」では、地震予測のための研究の進展に不可欠な観測データを質的・量的に向上させることを目指す。現計画では、技術開発は独立した大項目になっているが、予測を目指す他の研究項目との連携を強めるために、「2．予測を目指した地震・火山噴火現象の理解の深化」の下に置いた。
「3．強震動と津波の事前予測・即時推定手法の高度化」は、地震発生の予測ではなく、地震発生による強震動や津波を事前に予測する手法、また、地震発生直後に推定する手法に関する基礎研究を行う。これらの研究は地震調査研究推進本部でも謳われているが、本計画では、地震学の最新の研究成果を幅広く利用して、強震動や津波の予測の精度や信頼度を高めるための基礎的な研究を中心に行う。
地震学者だけで、このような研究の成果を防災・減災に役立てるためことは難しい。工学研究者や防災研究者との組織的な連携を強める。
火山現象については、これまでの予知計画の基本的な考えと同じく、火山活動や噴火現象についてのデータを着実に蓄積するとともに、マグマ活動の物理化学的特性を明らかにすることの重要性を念頭に、以下の小項目を立てる。これまで噴火予知の成功例はあるが、より高度な社会に対応し、確度の高い情報を発信できるように、噴火予知研究を進める。
そこで、次期計画では、「2．2 火山現象の定量化とモデル化」において、「2．2．1 マグマ噴火を主体とする火山」、「2．2．2 熱水系が卓越する火山」に大きく分類し、研究を進める。桜島や伊豆大島などに代表されるマグマ噴火について、その規模や様式を支配する物理化学的要因や、噴火活動を分岐する条件を明らかにすることを目的に、火山・噴火活動を定量化し、モデル化を行う。熱水系の火山には火口近くまで観光客などが訪れることも多く、水蒸気爆発の発生による被害が懸念されている。近年急速に発展している観測技術を利用して、火口近傍に観測点を設置することにより、定常時（静穏時）の活動を定量的に把握し、小規模噴火や水蒸気爆発などの前兆現象の検知を試みる。これらの火山タイプ別の基礎研究のほか、「2．2．3 低頻度大規模噴火」の研究に着手する。東日本太平洋沖地震の発生を受け、巨大噴火の発生予測という視点に立ち、これまでの予知計画では取り組んでこなかった低頻度に発生するカルデラ噴火などの前兆現象等を整理する。また、日本国内で100年以上発生していないVEI4以上クラスの大噴火について、世界の火山で得られている観測データを基にその特徴を整理する。火山噴火予知に関する研究の成果は、気象庁の噴火警戒レベルの設定の判断基準となって社会へ還元される。そこで、これらの2．2の成果を基にして、気象庁業務に具体的に反映させるために、「1．4 火山活動のモニタリングと時空間発展の予測」及び「1．5 噴火シナリオの高度化」を実施する。
なお、現計画において地震及び火山の研究体制を統合したことは肯定的な評価を受けている。地震・火山研究者が利用する共通のデータをより効率的に利用するとともに、固体地球内部で相互作用を及ぼし合う地震や火山噴火現象を統一的に理解することは、地震及び噴火現象の予測方法の構築に欠かせない。次期計画においても、内陸地震や火山噴火の発生する場に関する研究に代表されるように、両分野の研究者が強く連携して研究を進める。ただし、地震と火山噴火のそれぞれに固有な現象の理解は、断層力学及びマグマ力学という異なる学問体系に基づくことから、項目立てに一部違いがある。
地震・火山現象の予測のためには、長期にわたる観測データの蓄積が必要である。「4．研究基盤の整備」では、観測データの取得、流通、蓄積、共有化などのための基盤整備を行う。これまでの研究計画で研究課題間の連携が必ずしも十分でなかった原因の一つとして、現行計画で得られたデータや研究成果が、計画参加者同士でも利用しづらかったことが挙げられる。ここで提案する計画では、様々な観測データだけでなく研究成果を体系的に分かりやすくデータベース化することにより、最新のデータを、地震・火山研究者だけでなく、防災研究など他分野の研究者や海外の研究者らが利用できるようにする。さらに、解析ソフトウエアの共有化、データ解析の自動化を進める。以上により、研究の進展を加速させる。
これまでの計画では、地震火山現象の知識の普及や、次世代の地震・火山研究者の育成など、教育や社会への対応に関することについては、その重要性や実施方法についての言及はあるものの、具体的な対応は各大学や各研究機関、あるいは個別の研究者に委ねられてきた。その結果として、予知計画全体としての最終的な成果や目標が具体化されていなかった。現在、国や地方公共団体の科学研究費を利用した場合、その成果を広く社会／国民に発信することが求められている。また、地震・火山噴火の災害を軽減するためには、予測技術やモニタリング技術の現状を正しく国民に理解してもらう努力をすることが必要である。そこで、本計画では、防災対策の最前線にいる地方自治体等の防災担当者や、地震・火山地域の一般住民を対象として、地震及び火山の現象とその防災についての知識の普及を効率的に行う方策を考える。また、実用的な地震・火山噴火予測を実現させるためには長期間の継続的な観測と研究が必要であるので、これを担う次世代の研究者及び観測技術者を育成するための教育プログラムの構築を進める。
既に述べたように、これまでは、個々の研究課題では学術的に優れた成果が得られているものがあったものの、項目間や研究課題間の連携が不十分で、それらの研究成果を、計画全体として地震・火山噴火の予測の実用化につなげようとする意思が明確ではなかった。現行計画において、はじめて複数の異なる機関が共同で研究課題を提案・実施できるようになり、機関の垣根を越えた研究を効果的に進めることが可能となったが、これだけでは十分ではないだろう。ここで提案する計画では、研究課題間の連携をこれまで以上に強くすることを狙って計画の骨子案を策定してある。この連携を具体化するために、複数の項目に密接に関連する研究課題については、これまでのように骨子案にある項目に合わせるように研究内容を分割せずに、研究課題を複数の項目に登録する形を取るなどして、より一体化して研究を実施できるような体制にするべきであろう。また、これまでは項目に対応したそれぞれの計画推進部会内での連携が主であったが、今後は、項目間をまたぐ研究グループを作ることや、複数の部会による共同の研究集会を行うことを奨励したい。これらにより、計画に参画する研究者は、各研究課題の計画全体の中における位置付けや最終的な目標への貢献を今まで以上に意識して、研究を進められるであろう。さらに、計画の推進にあたっては、研究の優先度や方向性を戦略的に決定するなど、計画全体を統括する機能を整備して、目標に向かって効果的に前進していく体制を築く必要があろう。
研究開発局地震・防災研究課