2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of numerical simulation of ULF electromagnetic wave propagation in the lithosphere and its application to global electromagnetic environment problems
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20K04412
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
安藤 芳晃 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30323877)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ULF帯地殻内電磁波伝搬 / 地震電磁気学 / WLP-FDTD法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極低周波数(Ultra Low Frequency; ULF, 数Hz程度)帯の電磁波の地殻内伝搬シミュレーション法として、Weighted Laguerre Polynomial Finite Difference Time Domain(WLP-FDTD)法に着目し、極低周波電磁波の数値電磁界解析手法の開発を行っている。Douglas-GunnアルゴリズムをWLP-FDTD法に取り入れることで、1km以下のセルサイズで効率的な地殻内伝搬をシミュレーションする3次元シミュレーション法となっている。
また同時に、既に開発した2次元WLP-FDTD法を用いて地殻変動に伴うULF帯電磁放射の解析を行い、地殻の持つ導電率を考慮した上で、地震の規模と波源強度の相関関係を明らかにしている。ULF帯電磁放射は震源における線電流に起因するものと仮定し、震源付近の導電率をMagnetotelluric(MT)法の結果からモデル化し、観測帯域も考慮した電磁界シミュレーションを行うことで、観測点において観測される電磁場強度をシミュレーションする。地震における波源電流の周波数特性を、観測データが9つの狭帯域応答で報告されている Loma Prieta地震の周波数特性に比例と仮定し、その相対強度とマグニチュードの相関を調査した。これまで報告のあった各地震の波源の相対強度の計算は、地殻部分の導電率を均質とした導電率モデルを作成し、震源付近のMTの報告をもとにとりうる導電率範囲を定め、観測帯域と観測値をもとに、その範囲内での相対強度の最大値と最小値を推定した。また、海溝地震の場合は、海水が電磁波伝搬に及ぼす影響が大きいことから、地殻部分に加え、 水深データを用いて海水を設定した。
以上の手法で地震の規模と波源の相対強度を求めたところ、両者には良い相関があることが分かった。
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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
地震の伴うULF電磁放射について、基準をLoma Prieta地震の推定電流強度スペクトルとしてきたが、本震の数時間前に行ったスペクトルのみ用いていた。一方、各種地震のULF放射観測時期は本震の数時間前のものだけでなく、数日前のものも多く報告されている。これについては、数時間前をNear-seismic、数日から１，２週間前に観測されるものをPreseismicと呼び、ULF放射の原因のメカニズムが異なるという報告もある。本研究でも、電磁放射の観測時期をNear-seismicとPreseismicに分けて、地震規模-波源電流強度分布を構成したところ、従来よりもより相関が強い関係が見られることが分かった。現在、全ての地震について、ULF放射観測時刻によるクラス分けによる解析を行っているところである。
また、3次元WLP-FDTDについては導電性媒質中のPMLを現在実装中であり、これによってより精度の高い3次元解析ができる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ計画通りである。地殻変動に伴うULF電磁放射の解析は、新たな地球物理現象を、開発した電磁界シミュレーション法で効率的に解析できることから、従来計画よりも2次元解析も行いながら早めに取り組むこととする。
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| Causes of Carryover |
3次元WLP-FDTD法における導電性媒質中のPMLを開発中であり、計算機の構築よりも、PMLの開発を優先して行っている。PMLが構成され次第、計算機を購入する予定である。
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