Шкала сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства

Измерения землетрясений в Японии

Шкала сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства

Шкала сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства (JMA) ^[1] (известная в Японии как сейсмическая шкала Синдо ) ^[2] представляет собой шкалу сейсмической интенсивности, используемую в Японии для классификации интенсивности местных сотрясений земли, вызванных землетрясениями .

Карта Японии, показывающая распределение максимальной сейсмической интенсивности JMA по префектурам во время землетрясения Тохоку 2011 года.

Шкалу интенсивности JMA не следует путать или объединять с измерениями магнитуды, такими как моментная магнитуда (Mw) и более ранние шкалы Рихтера , которые показывают, сколько энергии высвобождается при землетрясении. Как и шкала Меркалли , схема JMA количественно определяет, насколько сильно сотрясение поверхности земли происходит в местах измерения, распределенных по затронутой территории . Интенсивность выражается в виде числовых значений, называемых синдо (震度, «сейсмическая интенсивность») ; чем выше значение, тем сильнее тряска. Значения получены на основе максимального ускорения грунта и продолжительности тряски, которые сами зависят от таких факторов, как расстояние до и глубина гипоцентра (очага) , местные почвенные условия и характер геологии между ними, а также магнитуда события. ; Таким образом, каждое землетрясение влечет за собой множественную интенсивность.

Данные, необходимые для расчета интенсивности, получены из сети из 670 наблюдательных станций с использованием акселерометров сильных движений грунта «Модель 95» . ^{[3] [4]} Агентство предоставляет общественности отчеты в режиме реального времени через средства массовой информации и Интернет ^[5] с указанием времени события, эпицентра (местоположения) , масштаба и глубины с последующими показаниями интенсивности в пострадавших местах.

История

Токийская метеорологическая обсерватория, которая в 1887 году стала Центральной метеорологической обсерваторией ^[6] , впервые определила четырехступенчатую шкалу интенсивности в 1884 году с уровнями би (微, слабый) , джаку (弱, слабый) , кё (強, сильный) , и рецу (烈, жестокий) . В 1898 году шкала была изменена на числовую, присвоив землетрясениям уровни 0–7. ^[7]

В 1908 году для каждого уровня шкалы были определены описательные параметры, а интенсивности сопровождающего землетрясение в конкретных местах был присвоен уровень в соответствии с воспринимаемым воздействием на людей в каждом пункте наблюдения. Он широко использовался в период Мэйдзи и пересматривался в период Сёва, при этом описания претерпели капитальный ремонт. ^[7]

После Великого землетрясения Хансин 1995 года , первого землетрясения, вызвавшего сильнейшие по шкале потрясения (7), интенсивность 5 и 6 была переопределена на два новых уровня, что перенастроило шкалу на один из 10 уровней: 0–4, 5– нижняя (5–), 5-верхняя (5+), 6-нижняя (6–), 6-верхняя (6+) и 7. Эта шкала применяется с 1996 г. ^[7]

Обзор шкалы

Шкала JMA выражается в уровнях сейсмической интенсивности от 0 до 7 аналогично шкале интенсивности Меркалли , которая обычно не используется в Японии. Отчеты о землетрясениях в режиме реального времени рассчитываются автоматически на основе измерений пикового ускорения грунта на всей пострадавшей территории с помощью измерителя сейсмической интенсивности, а JMA сообщает об интенсивности данного землетрясения в соответствии с ускорением грунта в точках измерения. Поскольку не существует простой линейной корреляции между ускорением грунта и его интенсивностью (она также зависит от продолжительности тряски ^{[8] [9] [10]} ), значения ускорения грунта в следующей таблице являются приблизительными. ^{[ нужен лучший источник ]}

Интенсивность 7

Интенсивность 7 (震度7, Shindo 7 ) — это максимальная интенсивность по шкале сейсмической интенсивности Японского метеорологического агентства, охватывающая землетрясения с инструментальной интенсивностью (計測震度) 6,5 и выше. ^[15] При интенсивности 7 становится невозможным произвольное движение. ^[13] Интенсивность возникла после землетрясения в Фукуи 1948 года . Впервые оно наблюдалось во время Великого землетрясения Хансин в 1995 году .

Измерение сейсмической интенсивности

Система наблюдения

С апреля 1997 года Япония использует автоматизированные устройства, известные как «измерители сейсмической интенсивности», для измерения и составления отчетов о силе землетрясений по шкале JMA. Это заменило старую систему, которая полагалась на наблюдение человека и оценку ущерба.

Установка этих измерителей началась в 1991 году с «измерителя сейсмической интенсивности модели 90», который не имел возможности записывать формы сигналов. В 1994 году была представлена ​​модернизированная версия «Измеритель сейсмической интенсивности Модель 93». Эта модель могла записывать цифровые сигналы на карты памяти . Позже был представлен «измеритель сейсмической интенсивности модели 95», который имел несколько улучшений, включая возможность наблюдать двойное предельное ускорение и более высокую частоту дискретизации. Сегодня все измерители сейсмической интенсивности JMA относятся к типу «Модель 95». ^{[19] [20]}

Технические характеристики измерителя сейсмической интенсивности модели 95 ^[21]

Компоненты наблюдения: NS (Север-Юг), EW (Восток-Запад), UD (Вверх-Вниз) - три компонента (сейсмическая интенсивность представляет собой совокупность трех компонентов)

Диапазон измерения: от 2048 галлонов до -2048 галлонов

Выборка: частота 100 Гц, 24 бита

Стандарт регистрации: сейсмическая интенсивность 0,5 или выше (сбор с интервалом в одну минуту)

Носитель записи: карта памяти IC.

К концу 2009 года около 4200 из этих метров использовались для «информации о сейсмической интенсивности» JMA, а к августу 2011 года это число выросло до 4313. Это было значительное увеличение по сравнению с примерно 600 единицами, которые использовались на момент перехода на измерение сейсмической интенсивности. Это показывает, что японская сеть наблюдения за сейсмической активностью является одной из самых обширных в мире. Из этих счетчиков около 600 находятся в ведении JMA, около 780 – Национального исследовательского института наук о Земле и устойчивости к стихийным бедствиям (NIED) и примерно 2900 – местных органов власти. ^{[22] [23]}

Сеть была спроектирована с целью иметь по одному сейсмометру в каждом муниципалитете до крупных муниципальных слияний эпохи Хэйсэй. Дополнительные устройства были установлены на отдаленных островах и в районах с низкой численностью населения, чтобы обеспечить полное покрытие.

Помимо измерителей сейсмической интенсивности, используемых для получения информации СОУ, местные органы власти установили множество других измерителей, которые не используются для получения информации СОУ. Государственные учреждения и организации общественного транспорта также самостоятельно установили счетчики для обеспечения безопасности таких объектов инфраструктуры, как плотины , реки и железные дороги .

Установка приборов наблюдения

Чтобы обеспечить точность измерений интенсивности землетрясений, существуют специальные рекомендации по настройке измерителей сейсмической интенсивности. JMA не использует данные счетчиков, установленных в неподходящих местах, для получения информации о силе землетрясения.

Во-первых, эти счетчики следует разместить на предназначенной для них прочной подставке. Поскольку на насыпях или скалах земля может трястись сильнее, счетчики следует устанавливать снаружи, на ровной, устойчивой земле, без ступенек поблизости, и как минимум две трети подставки должны быть закопаны в землю. Существуют также правила относительно близлежащих построек. Счетчики должны находиться на достаточном расстоянии от деревьев или заборов, которые могут упасть и удариться о счетчик. Если счетчики устанавливаются внутри помещения, их следует размещать возле столбов на первом этаже, а устанавливать их можно в любом месте от подвала до второго этажа. Счетчики не устанавливаются в зданиях с сейсмоизоляцией или противосейсмическими конструкциями.

Измерители сейсмической интенсивности должны быть надежно прикреплены к стойке или, если они находятся внутри, к полу. Рекомендуется следовать инструкциям по установке, предоставленным для каждого типа счетчика, и, если возможно, закрепить их анкерными болтами.

JMA оценивает место установки измерителей сейсмической интенсивности, используемых для получения информации о силе землетрясения, по шкале от A до E. Классы от A до C приемлемы, D обычно не используется, но может использоваться после тщательного рассмотрения, а E неприемлема.

Однако были случаи, когда информация о силе землетрясения использовалась даже несмотря на то, что счетчики были установлены в неподходящих местах, а позже точность информации ставилась под сомнение и корректировалась. Например, во время землетрясения в Иватэ в июле 2008 года интенсивность землетрясения 6+ (позже измененная на 6-) была зафиксирована в Оно, город Хироно, префектура Иватэ. Эта интенсивность была намного выше, чем в близлежащих муниципалитетах, что привело к расследованию. 29 октября того же года JMA объявило, что счетчик в Оно находится в неподходящем месте для наблюдения за землетрясениями, и удалило его из данных о силе землетрясения, скорректировав максимальную интенсивность с 6+ на 6-. ^[24] Поскольку счетчик в Оно изначально был оценен как приемлемый, было высказано предположение, что другие счетчики также могут находиться в худших местах установки.

Плотность размещения станций и максимальная сейсмическая интенсивность

Количество станций сейсмического мониторинга значительно выросло в 1996 году благодаря увеличению ЯМА количества пунктов сейсмических наблюдений. Этот рост облегчил обнаружение сильных землетрясений вблизи их источника. Например, землетрясение в Нагано 1984 года , причинившее большой ущерб, но получившее только 4 балла по сейсмической интенсивности, и землетрясение Нанкай 1946 года , огромное землетрясение, которому была присвоена 5 баллов, получили бы более низкие оценки, если бы до 1995 года рядом с точками их возникновения не было никаких станций мониторинга. После увеличения количества станций мониторинга, даже если землетрясение будет такого же размера, как и раньше, ему, вероятно, будет присвоен более высокий рейтинг сейсмической интенсивности, а также высокие рейтинги интенсивности, например 6- сообщают чаще. ^{[25] [26]} Увеличение числа точек сейсмических наблюдений позволило обнаружить интенсивность землетрясений ближе к точке их возникновения, и JMA изучает различия между самой высокой интенсивностью землетрясений, обнаруженной на всех станциях мониторинга, и интенсивностью, измеренной в офисах JMA. , ^{[4] [27],} чтобы понять, как увеличение количества станций мониторинга изменило максимальную сейсмическую интенсивность. Вот несколько примеров:

При землетрясениях меньшей магнитуды диапазон сейсмической интенсивности 6- сужается. Даже в этом случае, если точек наблюдения много, некоторые из них попадут в диапазон сейсмической интенсивности 6-. Однако если точек наблюдения меньше, существует высокая вероятность того, что максимальная сейсмическая интенсивность будет ниже, поскольку она не будет зафиксирована точками наблюдения. До 1995 года землетрясение с максимальной сейсмической интенсивностью 6 баллов определенно считалось «сильным землетрясением» по магнитуде. Однако, начиная с 1996 года, даже очень неглубокие незначительные землетрясения с большей вероятностью будут иметь сейсмическую интенсивность 5 или 6 баллов, поэтому нецелесообразно рассматривать «землетрясения с максимальной сейсмической интенсивностью 6 баллов» наравне с землетрясениями, произошедшими до 1995 года. [ ^{25] Может показаться, что после} Великого землетрясения Хансин-Авадзи произошло больше землетрясений , но это не потому, что землетрясений было больше, а потому, что было больше сообщений о сейсмической интенсивности. ^[25]

Кроме того, точки наблюдения за сейсмической интенсивностью распределены по площади неравномерно. Их часто устанавливают в регионах с высокой плотностью населения, особенно в городской местности. Эта тенденция особенно сильна для наблюдательных пунктов, созданных местными государственными организациями. В этих районах с высокой плотностью населения, как правило, наблюдается более высокая степень усиления сейсмической интенсивности в поверхностном слое почвы. ^[26]

Распределение точек наблюдения за сейсмической интенсивностью морских землетрясений Мияги в 1978 и 2005 годах. Первое имело магнитуду 7,4 с максимальной сейсмической интенсивностью 5 баллов, второе - магнитуду 7,2 с максимальной сейсмической интенсивностью 6 баллов. Плотность наблюдательных пунктов была выше в 2005 году.

Расчет сейсмической интенсивности

Сейсмометры, используемые JMA и другими организациями, наблюдают тряску с помощью акселерометров . Сначала они измеряют три компонента движения — вертикальное, север-юг и восток-запад — как сигналы ускорения во временной области. Инструментальная сейсмическая интенсивность (десятичное значение) затем рассчитывается с помощью следующего процесса: ^[32]

1. Сигналы временной области вертикального движения, движения север-юг и восток-запад преобразуются в сигналы частотной области посредством преобразования Фурье .
2. Чтобы скорректировать влияние периода волны землетрясения, фильтрация применяется к каждому из сигналов частотной области вертикального движения, движения с севера на юг и с востока на запад. Используемый здесь фильтр представляет собой продукт нескольких фильтров, каждый из которых является функцией частоты ( ). ${\displaystyle f}$
   • Фильтр низких частот (устранение низких частот): ${\displaystyle {\sqrt {1-\exp \left(-\left({\frac {f}{0.5}}\right)^{3}\right)}}}$
   • Фильтр верхних частот (устранение высоких частот): (где ) ${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {1+0.694x^{2}+0.241x^{4}+0.0557x^{6}+0.009664x^{8}+0.00134x^{10}+0.000155x^{12}}}}}$ ${\displaystyle x={\frac {f}{10}}}$
   • Фильтр периодических эффектов: ${\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{f}}}}$
3. Преобразуйте сигналы частотной области вертикальных движений, движений север-юг и восток-запад, которые были отфильтрованы обратно в сигналы временной области (ускорения) с помощью обратного преобразования Фурье .
4. Объедините три компонента вертикального движения, движения с севера на юг и с востока на запад, чтобы создать единое составное ускорение.
5. Найдите такое пороговое значение , чтобы общее время, когда абсолютное значение составного ускорения равно или более, составляло ровно 0,3 секунды. Другими словами, пусть будет составной сигнал ускорения как функция времени . Нам необходимо найти пороговое значение такое, что , где – ступенчатая функция Хевисайда , и – границы рассматриваемого временного интервала. Цель состоит в том, чтобы стандартизировать магнитуду , которая является основой для расчета сейсмической интенсивности, для тряски, продолжающейся 0,3 секунды, чтобы приблизить рассчитанную сейсмическую интенсивность к фактическому ущербу, причиненному тряской. ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle A(t)}$ ${\displaystyle t}$ ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle \int _{T_{1}}^{T_{2}}H(|A(t)|-a)dt=0.3}$ ${\displaystyle H(x)}$ ${\displaystyle T_{1}}$ ${\displaystyle T_{2}}$ ${\displaystyle a}$
6. Рассчитайте . ${\displaystyle I=2\log _{10}a+0.94}$
7. Округлите третий десятичный знак и усеките второй десятичный знак, чтобы определить инструментальную сейсмическую интенсивность. ${\displaystyle I}$

Округляя инструментальную сейсмическую интенсивность (при отрицательной величине – 0, при 8 и более – 7) определяют уровень сейсмической интенсивности от 0 до 7. При сейсмической интенсивности 5 и 6 ее подразделяют на более низкую и верхний в зависимости от того, округлено оно в большую или меньшую сторону (см. раздел Обзор шкалы).

Сравнение с другими сейсмическими шкалами

Исследование 1971 года, в котором собирались и сравнивались интенсивности по шкале JMA и шкале Медведева-Спонхойера-Карника (MSK), показало, что шкала JMA больше подходит для небольших землетрясений, тогда как шкала MSK больше подходит для более сильных землетрясений. Исследование также показало, что для небольших землетрясений с интенсивностью до JMA 3 корреляция между значениями MSK и JMA может быть рассчитана по формуле MSK = JMA1,5 + 1,5, тогда как для более сильных землетрясений корреляция составляла MSK = JMA1,5 + 0,75. . ^[33]

Смотрите также

• Сейсмостойкая инженерия
• Японский координационный комитет по прогнозированию землетрясений
• Список землетрясений в Японии
• Атомная энергетика в Японии (раздел сейсмичности)
• Шкалы сейсмической интенсивности
• Шкалы сейсмических магнитуд

Примечания

1. Томакомай Сиракаба (Наблюдательная станция Томакомай), находившаяся недалеко от эпицентра, прекратила работу в 2004 году.

Рекомендации

1. Это официальное название; см. http://www.jma.go.jp/jma/en/Activities/earthquake.html и http://www.jma.go.jp/jma/en/Activities/inttable.html, оба из которых относятся к этому как имя собственное.
2. ""Более пристальный взгляд на сейсмическую шкалу Синдо" (на японском языке)" . 27 июня 2018 г. Проверено 25 марта 2020 г.
3. ""О мониторинге сильных колебаний грунта JMA" (на японском языке)" . Проверено 22 января 2019 г.
4. «Список текущих и прошлых точек наблюдения за сейсмической интенсивностью JMA (на японском языке)» . Проверено 22 января 2019 г.
5. «Японское метеорологическое агентство - Информация о землетрясении» .
6. «История». Японское метеорологическое агентство . ЯМА . Проверено 13 октября 2021 г.
7. Исибаши, Кацухико (апрель – июнь 2004 г.). «Состояние исторической сейсмологии в Японии». Анналы геофизики . 47 (2/3): 352.
8. Как рассчитывается сейсмическая интенсивность (на японском языке). Архивировано 17 сентября 2008 г. в Wayback Machine.
9. «Сейсмическая интенсивность и ускорение (японский)» . Архивировано из оригинала 5 июля 2008 г.
10. Агентство, 気象庁 Метеорологическое агентство Японии. «気象庁 – 計測震度の算出方法».
11. "Шкала сейсмической интенсивности JMA" .
12. "気象庁 | 震度について" . www.jma.go.jp. ​Проверено 23 июля 2021 г.
13. "気象庁 | 気象庁震度階級関連解説表" . www.jma.go.jp. ​Проверено 23 июля 2021 г.
14. "Великое землетрясение Хансин" . 9 сентября 2006 г. Архивировано из оригинала 9 сентября 2006 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
15. "気象庁 | 計測震度の算出方法" . www.data.jma.go.jp. ​Проверено 23 июля 2021 г.
16. "【図解】最大震度7を観測した地震(Yahoo!ニュース オリジナル THE PAGE)" . Yahoo!ニュース(на японском языке) . Проверено 4 апреля 2022 г.
17. ISC (2015), Глобальный инструментальный каталог землетрясений ISC-GEM (1900–2009), Версия 2.0, Международный сейсмологический центр
18. 日本放送協会. «3.11 東日本大震災 最大震度7と大津波 巨大地震の衝撃 — NHK». www3.nhk.or.jp. ​Проверено 4 апреля 2022 г.
19. "気象庁｜強震観測について" . www.data.jma.go.jp (на японском языке) . Проверено 17 января 2024 г.
20. "3 観測と地震予知" . Институт пожарной безопасности и готовности к стихийным бедствиям (на японском языке). Архивировано из оригинала 6 марта 2016 г.
21. "気象庁における強震波形観測・収録と提供" . www.mmjp.or.jp (на японском языке). Архивировано из оригинала 24 апреля 2016 г.
22. 震度に関する検討会報告書(PDF) (Отчет) (на японском языке). Март 2009 года . Проверено 17 января 2024 г.
23. «Мониторинг землетрясений, цунами и вулканической активности». Японское метеорологическое агентство . Проверено 17 января 2024 г.
24. Ссылкиを６強から６弱に修正 －» (Пресс-релиз) (на японском языке) Японское метеорологическое агентство . 29 октября 2008 г. Проверено 17 января 2024 г.
25. "第1部:地震の基礎知識、1章:大きな地震と小さな地震". www.hinet.bosai.go.jp (на японском языке) . Проверено 17 января 2024 г.
26. 観測点配置に着目した震度観測の変遷と最大震度に関する研究(PDF) (на японском языке) , получено 17 января 2024 г.
27. «Список сейсмических станций». Японское метеорологическое агентство . Проверено 17 января 2024 г.
28. 平成 23 年３月 地震・火山月報（防災編） [ Ежемесячный отчет о землетрясениях и вулканах в Японии ] (PDF) (на японском языке) , получено 17 января 2024 г.
29. 平成28年４月 地震・火山月報（防災編） [ Ежемесячный отчет о землетрясениях и вулканах в Японии - апрель 2016 г. ] (на японском языке) , получено 17 января 2024 г.
30. 平成30年９月 地震・火山月報（防災編) (PDF) (на японском языке) , получено 17 января 2024 г.
31. 平成 30 年９月 地震・火山月報（防災編）(PDF) (на японском языке) , получено 17 января 2024 г.
32. "計測震度の算出方法" . Японское метеорологическое агентство (на японском языке) . Проверено 17 января 2024 г.
33. 広野卓蔵; 佐藤馨 (1971). «MSK震度と気象庁震度の比較».気象研究所研究報告(на японском языке). 22 . 気象庁気象研究所: 177–193. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2013 г.

Внешние ссылки

• Недавние землетрясения в Японии перечислены по времени возникновения с указанием местоположения, магнитуды и максимальной интенсивности. Нажмите на время происшествия, чтобы увидеть карту с указанием пострадавших районов; щелкните пораженную область на карте, чтобы увидеть более локализованную карту сотрясений, показывающую распределение интенсивности (на английском языке).
• Шкала сейсмической интенсивности JMA с подробным описанием (на английском языке).