2011年3月11日東日本太平洋沖地震に伴う電離圏擾乱

 

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2011年3月11日14時46分(JST)に発生したM9.0の東北地方太平洋沖地震の後、数分~数時間にかけて、大気波動(音波、大気重力波)が高度250km付近まで到達したことを示す現象が電離圏の内部で観測されました。

 

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GEONETを利用して算出された電離圏全電子数変動のアニメーション。


動画ファイル: MPEG形式 [12.6MB] / MOV形式 [7.9MB]


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図1 GEONETを利用して算出された電離圏全電子数(TEC)の変動。 赤星は震央、×印は電離圏震央を示しています。同心円の補助線は電離圏震央を中心としています。

図1は、国土地理院のGPS受信機網(GEONET)データを利用して算出された電離圏全電子数(TEC)の変動です。 TECは単位面積を持つ鉛直の仮想的な柱状領域内の電子の総数です。ここでは、10分以下の短周期変動のみを示しています。色はTEC変動の振幅を示しており、赤は定常レベルから+0.2 TECU、黒は-0.4 TECUです(この時刻の背景TECは20-30 TECU)。
地震発生(14:46 JST)の数分後から、電離圏震央を中心とした波が同心円状に拡がっていたことがわかりました。 この電離圏震央は、震央から約170km南東にずれていました。同心円状の波は、時間と共に伝搬速度が遅いものが現れており、西日本では18:00 JST 近くまで観測されていました。

 

(a)東京(国分寺局)における地震直後(左図)と前日同時刻(右図)のイオノグラム。

(b)鹿児島(山川局)における地震直後(左図)と前日同時刻(右図)のイオノグラム。

 

図2 イオノゾンデ定常観測による国分寺(a)と山川(b)のイオノグラム。横軸は周波数 (1~15MHz)、縦軸は高さ(0~600km)を示しています。

 

図2は、イオノゾンデ定常観測による国分寺(a)と山川(b)のイオノグラムです。イオノグラムの横軸は周波数 (1~15MHz)、縦軸は高さ(0~600km)で、電離圏に打ち上げた電波の反射(エコー)の様子を示しています。通常の電離圏エコー(右列)と異なり、見かけの高度200-300km (実高度で150-250kmと推定されます)付近において、電離圏エコーの乱れが見られました(赤丸部分)。これは地震に伴って励起された波動による電離圏高度の変調が原因と考えられます。

 

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GPS-TEC観測の初期結果については、 週刊宇宙天気ニュース2011年3月18日号 でも報告されました。
GEONETのGPSデータは国土地理院から提供されています。
GPSデータを用いた電離圏全電子数データの解析は、京都大学・名古屋大学との共同研究です。
より詳細な解析結果は下記の論文を参照してください。

Tsugawa, T., A. Saito, Y. Otsuka, M. Nishioka, T. Maruyama, H. Kato, T. Nagatsuma, and K. T. Murata(2011), Ionospheric disturbances detected by GPS total electron content observation after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, Earth, Planets, and Space, 63, 875-879.

Maruyama, T., T. Tsugawa, H. Kato, A. Saito, Y. Otsuka, and M. Nishioka(2011), Ionospheric multiple stratifications and irregularities induced by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, Earth, Planets, and Space,63, 869-873.

Chen, C. H., A. Saito, C. H. Lin, J. Y. Liu, H. F. Tsai, T. Tsugawa, Y. Otsuka, M. Nishioka, and M. Matsumura(2011), Long-distance propagation of ionospheric disturbance generated by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, Earth, Planets, and Space, 63, 881-884.

Saito, A., T. Tsugawa, Y. Otsuka, M. Nishioka, T. Iyemori, M. Matsumura, S. Saito, C. H. Chen, Y. Goi, and N. Choosakul (2011), Acoustic resonance and plasma depletion detected by GPS total electron content observation after the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, Earth, Planets, and Space, 63, 863-867.

Matsumura, M., A. Saito, T. Iyemori, H. Shinagawa, T. Tsugawa, Y. Otsuka, M. Nishioka, and C. H. Chen(2011), Numerical simulations of atmospheric waves excited by the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake, Earth, Planets, and Space, 63, 885-889.

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