2019 Fiscal Year Research-status Report
Extraction of wave propagation characteristics from spatial continuity of seismic and tsunami wavefields
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19K04006
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
前田 拓人 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (90435579)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 地震波 / 津波 / シミュレーション / データ同化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画の準備段階研究において，地震波動場の空間勾配量を非斉次項をもつPoisson方程式を数値的に解くことで，SH波のポテンシャル関数が単独で推定でき，それを通じて地震波動場をP-SV波とSH波という物理的意味の互いに異なる構成要素に分解できることを示すことに成功していた．今年度は地震波動場の平面波分解にもとづくさらなる理論的な検討を行った．その結果，この手法の背景にあるPoisson方程式の解は，周波数に依存する地震波の到来方向を考慮したうえでその振動極性をP-SVとSHに分解している，という意味付けを与えることができることが明らかになり，原理の明確化と解析手法の理論的根拠の強化に成功した．
さらに，実地震観測記録を模した不等間隔の観測点における時系列データから，地震波勾配法の適用によってまず連続的な空間勾配量を推定し，そこからさらに本手法によって波動場を構成要素分解する，という二段階法の適用も行った．数値シミュレーションで空間連続的に得られた波動場の空間微分量を用いる場合とは異なり，地震波勾配法では観測点のある地点近傍でしか波動場の空間微分量が得られないため，構成要素分解のためのPoisson方程式を解くことができる領域が限られ，しかもその境界が複雑形状をしているという問題があった．この複雑形状に対する境界条件は理論的に自明ではなかったが，いくつかの条件の試行錯誤から安定的に問題を解くことのできる放射境界条件の与え方を見出し，実データへの適用に道筋をつけることができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画の３本柱のうちの一つ（項目B）について，理論および計算双方において予想以上の進展があり，当該項目について本年度のみならず来年度の目的までのほとんどを達成するに至った．一方，項目Aの津波データ同化の高精度化については津波の波長のダイナミックレンジを考慮し，その適用可能性の予備的検討の段階にとどまっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の進捗のバランスを受けて，来年度は計画Aの津波データ同化法の発展により重きを置いた研究開発を実施する．具体的には，観測点配置に基づく津波即時予測実験の実施を目指し，データ同化の双子実験を行うための現実的地震津波記録の大規模数値計算に基づく数値合成手法の改善と巨大地震津波記録の合成，勾配法の適用可能性検討を元にしたあらたなデータ同化手法の定式化を順に推進する．
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| Causes of Carryover |
研究計画が想定よりも理論的な側面重視であったことと，これまでの研究活動ならびに本年度に取得した他経費による計算機等の研究機材を有効に活用できたため．次年度以降は特に大量の数値計算を行うため，その入出力整備のための計算機やストレージに経費を利用する．
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