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[S15P-09] 南海トラフ巨大地震による長継続時間・広帯域強震動のシミュレーション

〇前田 宜浩¹、岩城 麻子¹、青井 真¹、中村 洋光¹、藤原 広行¹、関 航佑²、今井 隆太³ (1.防災科学技術研究所、2.三菱スペース・ソフトウエア株式会社、3.みずほリサーチ＆テクノロジーズ株式会社)

南海トラフのプレート境界ではこれまでマグニチュード8級の海溝型巨大地震が繰り返し発生しており、強震動や津波によって甚大な被害が引き起こされてきた。地震調査研究推進本部による南海トラフの地震活動の長期評価（第二版）では、2011年東北地方太平洋沖地震の経験を踏まえ、過去に発生したことが確認されていないものの現在の科学的知見に基づいて推定されうる「最大クラス」の地震も含む、地震の多様性が考慮されている。
　文部科学省の「防災対策に資する南海トラフ地震調査研究プロジェクト」（小平・他；地惑連合2021年大会）の一環として、防災科学技術研究所では、時空間的に多様な南海トラフ地震による地震や津波のハザードやリスク情報を提供可能とする地震防災基盤シミュレータ（中村・他；本秋季大会）を開発しており、本研究では、地震防災基盤シミュレータに格納するハザード情報のひとつである長継続時間・広帯域強震動（長周期地震動を含む）を安定的かつ効率的にシミュレーションできる手法を開発している。
　海溝型巨大地震では震源から遠く離れた平野や盆地においても長大構造物が長周期地震動による被害を受けることが知られている。首都圏を含む大都市は平野上に発達しており、南海トラフの海溝型地震に対しては強震動と津波の評価のみならず長周期地震動の評価も重要である。我々はこれまで南海トラフ沿いで想定される多様な断層モデル群に対して差分法による長周期地震動シミュレーションを行ってきたが、計算タイムステップの増加とともに振幅が指数関数的に増大する発散現象のため長継続時間の地震動を計算することが困難な場合があった。そこで、本研究では防災科研が開発しているシミュレーションシステムであるGMS（地震動シミュレータ）による地震波伝播計算にImai et al.(2018)の波動場平滑化スキームを導入し、発散抑制効果を検証した。
　波動場平滑化スキームは移流拡散方程式のアナロジーを応用し波動方程式に拡散項を付加した修正波動方程式を解くもので、拡散項（付加項）に乗ずる係数を適切に設定することで、ある周期よりも短周期成分を選択的に減衰させることができる。経験的に発散現象は、地震動計算として有効な周期帯域よりも短周期帯で生じており、波動場平滑化スキームにより発散の影響のみが除去され、長継続時間の地震動計算が可能となることが期待される。
　我々がこれまでに実施した差分法計算において発散が生じた計算モデル（3次元地下構造モデル＋震源モデル）を対象に、波動場平滑化スキームを実装したGMSを用いて計算を行ったところ、拡散項の係数をある幅の中で設定することで発散が抑制されることが確認できた。今後は、拡散項の係数の設定が波動場にどのような影響を与えているかを定量的に評価するとともに、係数の適切な設定方法に関する検討を行い、南海トラフ巨大地震による長継続時間地震動の計算を行う予定である。
謝辞：本研究は文部科学省「防災対策に資する南海トラフ地震調査研究プロジェクト」の一環として行われた。