大量の地震計・気圧計・水圧計などのデータを丹念に解析し，ノイズと思われていた記録の中から新たな振動現象を探り当て，その謎の解明を目指している．その際，大気-海洋-固体地球の大きな枠組みで現象を捉える事が重要である．

(3-1) 脈動実体波に関する研究

 2014 年 12 月 9 日爆弾低気圧が大西洋で発生しイギリスやアイルランドに被害をもたらした． その際に海洋波浪により発生した P 波は地球深部を伝播し日本にまで到達した．観測された P 波の振幅は 0.1μm と一見小さいが，同じ地域で起こったマグニチュード 6 の地震にも匹敵す る．このような海洋波浪起源の地震波は，近年地球内部構造を調べる上で注目されている．そこで，嵐による海洋波浪が励起する脈動 S 波を初めて検出し，観測データから嵐がどのように地震波(P 波・S 波などの実体波)を励起しているかを明らかにした． 大西洋で発生した爆弾低気圧時の日本の地震計記録を解析し，爆弾低気圧によって励起され た周期 5-10 秒の P 波・S 波を検出し，震源位置と強さを推定した．低気圧の移動にともない 震源は海底の等深線に沿って移動している事が分かった．

 同様の脈動実体波を全球的に検出するため，新たにauto-focusing法をを開発した．この手法では，波面曲率とスローネスの情報を用いるため，震源の重心位置と外力を精度良く推定することが可能となった．この方法を2004年から2020年までの日本国内の約780のHi-net観測点の地震記録の鉛直成分に適用した．また海洋波浪数値モデルに基づく合成CSFカタログとの比較し，地震波のS/N比が検出を制約するものの，時間的・空間的パターンは概ね一致している事が分かった．例外的に、海洋波浪モデルはカーペンタリア湾の重要な活動を説明できないことも明らかにした．

 本研究は，遠く離れた嵐によって励起された地震波を使って嵐直下の地球内部構造が推定で きる可能性を示している．地震，観測点ともに存在しない海洋直下の構造を推定できる可能性 を意味し，地球内部構造に対して大きな知見を与える可能性がある．

(3-2)海洋島の地震計記録から海洋外部重力波活動を推定する

　海洋島に設置された広帯域地震計のノイズレベルを解析してみると，しばしば周期100秒から数100程度のブロードなピークが観測される．原因として海洋外部重力波起源だと考えられているが，定性的な議論が中心となっている．最近，津波(物理的には海洋外部重力波と同一の減少)の伝搬にともなう海洋島の弾性変形(Nishida et al.,2019)の定量的な評価できろことがわかってきた．しかし津波は物理的には外部重力波であるが，平面波を仮定していたため，そのままではその活動の見積もりに使うことは出来ない．そこで，津波に対して開発した手法をランダムに励起された海洋重力波に対して拡張し，海洋外部重力波の定量的な議論の可能性を示した．

爆発的噴火から溶岩ドーム噴火までの多様な火山噴火現象の統一的理解と，観測データに基づく噴火条件の推定手法の確立を目指し，数値実験と理論的研究を進めた．具体的研究課題は，火山噴煙・火砕流のダイナミックスに関する数値モデルの開発，火道中のマグマ上昇に関する数値モデルの開発，および，これらのモデルに基づく逆解析の理論的研究である．

(2-1) 火山噴煙・火砕流のダイナミックス

火山噴煙については，近年，気象レーダーや人工衛星を用いた観測によって高度や拡大速度が高精度で測定されるようになってきた．そこで，３次元噴煙モデル・１次元噴煙モデルを開発し，これらの観測データを定量的に再現する数値実験を進めた．また，実際の噴火で得られる多項目野外観測データ（噴煙の気象レーダー・人工衛星観測や降下火砕堆積物の地質データなど）から火口における噴火条件を推定するために，噴煙ダイナミクス・火山灰拡散・降灰過程モデルの逆問題について理論的研究を進めた．さらに，著しい粒子濃度勾配を持つことで特徴付けられる火砕流のダイナミクスを再現する数値モデル（2層重力流モデル）を開発し，火口における噴火条件と火砕流の到達距離の関係を調べた．

(2-1) 火道中のマグマ上昇

火道流については，１次元・３次元火道流モデルを用いて，爆発的噴火における噴火様式の推移に対する火口形状の影響，および，溶岩ドーム噴火から爆発的噴火への遷移に対するマグマの脱ガスや結晶化の影響を調べた．また，火山周辺の地殻変動観測と噴出率観測データを組み合わせて１次元火道流モデルによる噴火の推移予測を行うデータ同化手法の理論的枠組みを構築した．

(1-1)長期的SSEのデータ同化研究

巨大地震誘発の可能性もある長期的SSEについて，その地殻変動データから断層のすべり速度などのモデル変数とモデルパラメタである摩擦特性の同時推定を行うデータ同化の手法を開発している．本年度は，従来のEnKF法に比べて計算量が少ないアジョイント法を， 数値実験で生成したSSEデータで適用したところ，初期条件で観測から直接は知れない初期強度分布と，摩擦パラメタにトレードオフがあり推定が困難であることがわかったが，SSEの周期性を条件として陽に課すことでこの問題を解決し，摩擦パラメタを誤差15%程度で推定できることがわかった．

(1-2)P波前地震重力信号の研究

地震震源情報を早期に得る新たな観測窓として注目されるP波前地震重力変化は，現在，重力計や地 震計で検出されているが，これらの計器では，観測点での重力の変化と，それによる観測点の加速度の和を測っており，P波到着の少し前までは，両者がほぼキャンセルしあって信号が微弱である．しかし重力変化の空間微分は，このようなキャンセルを受けず，これは歪み計で観測できる可能性がある． 理論歪みは震源メカニズムを反映した方位分布を持つが，有利な方位では，距離2000kmにおけるP波 前歪み信号は，P波走時の半分程度の時刻において神岡にて稼働中の100m基線長レーザー歪計の雑音レベルを越え，P波到達直前には雑音レベルの50倍にも達することがわかった．

本部門では，地震や火山活動およびそれに関連する現象を理解するために，数学・物理学・化学・地質学の基本原理に基づく理論モデリングの研究を行っており，その内容は多岐にわたる．

• 3.1.1 地震発生場の研究
• 3.1.2 火山現象の数理的研究
• 3.1.3 大気・海洋現象が引き起こす固体地球の弾性振動現象