地震の震度は、その場所で実際にどれだけ強く揺れたかを、地震計で測った加速度波形から数値化して決める仕組みです。地震そのものの大きさを表すマグニチュードとは違い、震度は観測地点ごとに異なります。同じ一つの地震でも、震源からの距離や地盤条件などによって、ある地域では震度3、別の地域では震度5強ということがあります。
現在の日本では、気象庁の震度は人の体感だけで決めているのではありません。計測震度計が地面の揺れを自動観測し、その記録を一定の方法で処理して「計測震度」を求め、そこから震度0～7の10階級に換算しています。
震度は「地震の大きさ」ではなく「その場所の揺れの強さ」
震度を理解するうえで、まずマグニチュードとの違いを押さえることが重要です。
マグニチュードは、震源で起きた地震そのものの規模を表す指標です。一方、震度は、ある観測地点でどれほど強い揺れが起きたかを示します。
USGS（米国地質調査所）も、マグニチュードは地震そのものの大きさを表し、強度を表すintensityは特定地点での揺れの程度を表すものとして区別しています。
そのため、一つの地震についてマグニチュードは基本的に一つですが、震度は地点ごとにいくつも存在します。震源に近い場所では強く、遠い場所では弱くなる傾向がありますが、実際には地盤や地下構造の影響も受けるため、距離だけで震度は決まりません。
現在の震度は計測震度計で自動的に測る
日本では、かつて観測者が体感や周囲の被害状況から震度を判断していました。しかし気象庁によると、1996年4月以降は計測震度計によって自動的に震度を観測し、速報する仕組みになっています。
震度観測点は、気象庁だけでなく地方公共団体や防災科学技術研究所などによって全国各地に設置されています。それぞれの観測点で得られた地震動から、その地点の震度が計算されます。
つまり、ニュースで「○○市で震度5弱」と発表された場合、それはその市内のすべての場所が完全に同じ強さで揺れたという意味ではありません。原則として、設置された震度観測点で観測された値をもとに発表されています。
震度計は何を測っているのか
計測震度計は、地面がどれくらい速く動いたかではなく、主に加速度を記録します。加速度とは、動く速さがどの程度変化したかを表す量です。
地震の揺れには方向があります。そのため、震度計では一般に次の3方向の加速度を記録します。
- 東西方向などの水平動1成分
- 南北方向などの水平動1成分
- 上下方向1成分
ただし、単純に「最も大きな加速度が記録されたから震度が高い」と決めるわけではありません。気象庁は、計測震度の計算では加速度の大きさだけでなく、揺れの周期や一定以上の揺れがどれくらい続いたかも考慮すると説明しています。
計測震度はどのように計算されるのか
気象庁が示す計測震度の算出方法は、地震計の記録に複数段階の処理を加える仕組みになっています。
1. 3方向の加速度波形を記録する
まず、水平2方向と上下1方向の計3成分について、時間とともに変化する加速度を記録します。
2. 揺れの周期に応じた補正をする
記録した地震波には、非常に短い周期から長い周期までさまざまな成分が含まれています。人や建物が感じる揺れとの対応を考慮するため、気象庁の方式では周波数・周期に応じたフィルター処理を行います。
この処理によって、単純な加速度のピーク値だけではなく、震度として評価するうえで重要な周期帯の揺れが反映されるようになります。
3. 3方向の揺れを合成する
フィルター処理した水平2成分と上下1成分をベクトル的に合成し、その時点での揺れの大きさを表す一つの波形にします。
4. 一定以上の揺れが合計0.3秒になる加速度を求める
合成した波形について、ある加速度以上となっている時間を合計します。その時間がちょうど0.3秒になるような加速度値を求めます。
ここが計測震度の特徴です。一瞬だけ非常に大きな加速度が出ても、それだけで震度が決まるわけではありません。ある程度の強さの揺れが一定時間存在したかどうかも評価に入ります。
5. 数式で計測震度に変換する
求めた加速度値を気象庁の式に入れて「計測震度」を算出します。計測震度は小数で表され、その値を区分して、私たちが普段目にする震度階級に変換します。
震度0～7はどのように分けられているのか
気象庁震度階級は、現在10段階です。
- 震度0
- 震度1
- 震度2
- 震度3
- 震度4
- 震度5弱
- 震度5強
- 震度6弱
- 震度6強
- 震度7
たとえば、計測震度が4.5以上5.0未満なら震度5弱、5.0以上5.5未満なら震度5強です。6.5以上になると震度7に分類されます。
「震度5」や「震度6」が弱・強に分かれているのは、同じ数字の範囲でも揺れ方や被害の程度にかなり幅があるためです。
なぜ最大加速度だけで震度を決めないのか
地震の揺れは、一つの数字だけでは十分に表せません。同じ最大加速度でも、揺れの周期や続く時間が違えば、人が感じる強さや建物への影響は変わります。
気象庁も、最大加速度が大きい場所が必ずしも高い震度になるとは限らないと説明しています。計測震度は、加速度に周期補正を行い、さらに一定の強さを超えた時間を考慮して求めるためです。
日本地震工学会の研究でも、計測震度と地震動の継続時間を組み合わせて評価する研究が行われています。これは、同じ程度の震度でも、強い揺れがどのくらい続くかによって地震動の特徴が異なることを示しています。
同じ地震なのに地域ごとに震度が違うのはなぜか
震度は観測地点ごとの揺れを表すため、同じ地震でも場所によって違います。主な理由には次のようなものがあります。
- 震源や断層からの距離が違う
- 震源の深さが違う
- 地震波が伝わる地下構造が違う
- 表層地盤の硬さや厚さが違う
- 地震波の周期成分が場所ごとに違う
一般には震源に近いほど揺れが強くなりやすいものの、柔らかい地盤では地震波が増幅されることがあります。そのため、震源からやや離れていても、地盤条件によって周囲より大きな震度が観測されることがあります。
逆に、硬い岩盤上の観測点では、近隣の軟弱地盤より震度が小さくなる場合もあります。震度分布がきれいな同心円にならないのは、このような地盤・地下構造の違いがあるためです。
震度は「被害の大きさ」を直接測っているのか
震度は被害そのものを直接数えて決める指標ではありません。現在の日本では、地震計の記録から算出されています。
気象庁の「震度階級関連解説表」には、各震度で人がどのように感じるか、家具や建物にどのような影響が起こりうるかが示されています。ただし、これは観測された震度と一般的な状況の対応を説明するもので、被害を見てあとから震度を決める仕組みではありません。
建物の被害は、震度だけでなく建物の構造、築年数、耐震性能、地盤、揺れの周期や継続時間などにも左右されます。そのため、同じ震度6弱でも被害の程度が同じになるとは限りません。
震度計がない場所の震度はどう扱うのか
実際に発表される震度は観測点の値ですが、すべての場所に震度計を置くことはできません。
そのため気象庁では、観測された震度や地盤情報などを利用して、観測点のない地域の揺れを推定した「推計震度分布図」も提供しています。
ここで重要なのは、観測震度と推計震度は同じものではないという点です。観測震度は実際の地震計記録から計算した値で、推計震度は周囲の観測値や地盤条件などから推定した値です。
震度7より上がないのはなぜか
気象庁震度階級では、計測震度6.5以上をすべて震度7としています。したがって、制度上「震度8」や「震度9」はありません。
これは、地震の揺れに上限があるという意味ではありません。震度階級という分類の最上位が7に設定されているということです。計測震度自体は数値として算出されますが、公表時には定められた階級へ区分されます。
まとめ
地震の震度は、その場所で実際にどれほど強く揺れたかを表す指標です。日本では、計測震度計が水平2方向と上下1方向の加速度を記録し、周期補正、3成分の合成、一定以上の揺れが続いた時間の評価などを行って計測震度を算出します。
その計測震度を区分して、震度0、1、2、3、4、5弱、5強、6弱、6強、7の10階級として発表します。
また、震度はマグニチュードとは異なり地点ごとに変わります。震源からの距離だけでなく、地盤や地下構造、揺れの周期などによっても左右されます。
つまり震度は、地震そのものの大きさではなく、その地点で観測された揺れを、人や建物への影響と対応しやすい形に処理して表した指標です。
参考資料
- 気象庁「計測震度の算出方法」
- 気象庁「震度について」
- U.S. Geological Survey「What is the difference between earthquake magnitude and earthquake intensity?」
- 能島暢呂「観測震度または予測震度を与件とする震度継続時間の条件付予測式」
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