[S-SS11] 強震動・地震災害

[SSS11-16] 逐次的に加法的なガウス過程回帰を用いた南海トラフ地震の長周期地震動シミュレーションの代理モデル

*今井 隆太¹、前田 宜浩¹ (1.国立研究開発法人防災科学技術研究所)

キーワード：代理モデル、ガウス過程回帰、南海トラフ地震、地震動シミュレーション

これまでに南海トラフ地震の長継続時間地震動の計算手法が検討されており、とくに理論的手法として差分法による波動伝播シミュレーションの適用が実施されている。しかしながら、このような詳細法は特定のひとつの地震シナリオに対する結果を得るために多くの手間と資源と時間が必要となるため、任意の多数の地震シナリオに対する結果が要求される確率論的な地震ハザード評価に利用するためには、地震波動伝播シミュレーションの回帰式を作成するなどの工夫が必要である。一方で、これまでの研究により、南海トラフ地震の多様性を考慮した地震シナリオ群に対して面的に計算されたシミュレーション結果が少しずつ蓄積されつつある。

本研究は、これまでに蓄積された複数の震源シナリオに対する地震波動伝播シミュレーションの面的な結果を用いて、任意に指定された仮想震源シナリオに対する地震動を予測するような長周期地震動シミュレーションの代理モデルを構築することが目的である。この代理モデルは確率論的な地震ハザード評価に応用することを念頭に置いており、決定論的な回帰式から予測値を得るだけでなく、不確かさの確率分布から予測値のサンプルを生成することもその機能としたい。そこで、本研究ではガウス過程回帰（GP回帰）を用いて南海トラフ地震の地震動シミュレーションの代理モデルを開発する。とくに、震源モデルの多様性を考慮することができるように、GP回帰の入力変数（説明変数）として震源域を表すmulti-hot表現を採用する。こうすることで、蓄積された結果には含まれていない形状の震源域に対する地震動を予測できることが期待される。GP回帰は予測の回帰式だけでなく、ばらつきの共分散が得られるため、入力変数間の相関を考慮したサンプルパスを生成できることも特徴のひとつである。そこで、地震シナリオを固定したときの観測点間の空間相関を考慮したサンプルパスの生成過程についても議論する。

本報告では準備として、PGVと周期3秒の速度応答Svのデータセットに対して観測点情報と震源情報の両方の説明変数を入力変数とする標準的なGP回帰を実施する。その結果、PGVに対しては一定程度の予測精度が得られるが、Svに対しては十分な予測精度が得られないことが確認された。そこで、本研究の主な成果として、Svのデータセットに対して逐次的に加法的なGP回帰を適用する。逐次的に加法的なGP回帰では、元のデータセットから１回目のGP回帰で得られた事後分布の平均関数を差し引いた残差を２回目のGP回帰のためのデータセットし、そのデータセットから２回目のGP回帰で得られた事後分布の平均関数を差し引いた残差を３回目のGP回帰のためのデータセットし、以降、再帰的にこの操作を繰り返す。目的に応じてそれぞれのステップのGP回帰の入力変数を要因ごとに設定することで、元のデータセットから逐次的に要因ごとの関数の和の形で平均関数を抽出し、誤差の分散を徐々に小さくすることが期待される。本報告では、逐次的に加法的なGP回帰を用いることによってSvに対しても一定程度の予測精度が得られることを示す。

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。