최대 지반 가속도

**최대 지반 가속도**(Peak ground acceleration, PGA)는 지진 발생 시 진동으로 지반이 움직인 최대 가속도를 의미한다. 즉 특정 지진이 일어났을 때 현장의 지진계 내 가속도계에 기록된 가장 큰 절대가속도값의 진폭과 같다.url = https://strathprints.strath.ac.uk/53451/1/Douglas_ESR_2003_Earthquake_ground_motion_estimation_using_strong_motion.pdf 지진의 진동은 남북, 동서, 위아래 3개 방향으로 모두 발생하는데 PGA도 수평 요소와 수직 요소로 나눌 수 있다. 보통 수평 방향 PGA이 수직 방향 PGA보다 크지만 큰 규모의 지진의 경우 그렇지 않은 경우도 있다. 지진의 진도와 관련이 있으며 단위는 보통 **g**(중력 가속도 단위) 또는 gal(cm/s²)를 이용한다. PGA는 지형이나 지물, 지진계의 위치에 큰 영향을 받으므로 진원지에서 가속도는 다양하게 나타난다. 최대 지반 가속도를 표시할 때엔 진도 지도(shake map)을 이용해 표시한다. 지진 진도도 보통 이 최대 지반 가속도를 이용해 나타낸다.df=dmy-all 공학적인 응용에서는 **최대 수평 지반 가속도**(peak horizontal acceleration, PHA)를 일반적으로 사용한다. 내진설계를 포함한 지진공학에서 자주 사용되며 보통 지진 위험 지도를 그리는 데 활용한다.archive-date = 27 December 2015 지진이 일어났을 때 건물과 기반시설의 피해는 지진 자체의 규모보다는 PGA의 측정 기준이 되는 지반 운동과 더 밀접한 관련이 있다. 중규모 지진에서는 PGA가 지진 피해를 결정하기에 합리적인 지표이긴 하지만, 강력한 규모의 지진인 경우 피해는 PGA보다는 최대 지반 속도(PGV)와 관련이 더 깊은 경우가 많다.
# 지구물리학
지진의 에너지는 진원에서부터 파동이 전파되며 지반을 모든 방향으로 움직이게 만들지만 보통 수평(전후좌우 2방향)과 수직 두가지로 모델링할 수 있다. PGA은 이런 지반 움직임의 가속도(속도의 변화율)를 기록하며, 최대 지반 속도는 지반이 도달한 최대 속도(이동 속도)이고 최대 변위는 지반이 움직인 폭을 의미한다.archive-date=21 July 2011 이 세 값은 여러 가지 요인에 따라 바뀌기 때문에 지진마다, 그리고 한 지진이어도 측정한 위치마다 전부 다르다. 여기에는 단층의 길이, 지진 규모, 진원 깊이, 진원과의 거리, 지속 시간(흔들림의 주기), 지반의 지질 등의 요소가 있다. 진원 깊이가 얕은 천발지진에서는 지진파가 감쇠가 덜 된 상태에서 지표면에 도달하기 때문에 중발지진 및 심발지진보다 더 강한 흔들림(가속도)를 만들어낼 확률이 높다.df=dmy-all 최대 지반 가속도는 소수점이 있는 *g*(지구의 표준 중력가속도, g포스와 동일) 혹은 백분율로 나타낸 %g, 아니면 m/s2 (1 g = 9.81 m/s2)로 나타낼 수 있으며 그 외에도 gal(1 gal = 0.01 m/s2, 1 g = 981 Gal)로 표기할 수 있다. 지반의 성질에 따라 지반 가속도에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 특히 중규모에서 대규모 지진의 경우 PGA은 수 km 거리 차이로 큰 차이를 보일 수 있다.df=dmy-all 지진으로 관측된 지역별 PGA 값은 강진동 지도로 나타낼 수 있다.df=dmy-all PGA에는 여러 복잡한 요소가 관계되어 있기 때문에 비슷한 규모의 지진이라도 서로 다른 PGA를 기록할 수 있으며 중간 규모의 지진이 큰 규모의 지진보다 훨씬 더 큰 PGA를 기록하는 경우도 있다. 지진이 발생하면 지반 가속도는 수직(상하를 의미하는 V 또는 UD로 표기) 방향과 2개의 수평 방향(H1, H2) 세 가지 방향으로 측정되며 이 중 수평 방향은 보통 남북(NS)와 동서(EW) 방향으로 측정한다. 이런 각각의 방향에서 최대 가속도가 기록되며 셋 중 가장 높은 값이 최대 지반 가속도로 측정되는 경우가 있다. 하지만 특정 지진관측소에서는 이 세 방향을 합친 합성 가속도값을 기록하는 경우도 있다. 이 중 더 높은 값을 가진 개별 가속도 성분을 선택하거나, 두 값의 평균을 취하거나, 구성 성분의 벡터합을 취해 합쳐 최대 수평 지반 가속도(PHA)를 계산하는 경우도 있다. 수직 성분도 고려해 3방향 성분의 합을 쓸 수도 있다.
# 지진 위험과 공학의 활용
지진학자들은 과거 지진에 대한 위험평가와 함께 지리적 탐구를 통해 지진 위험도를 결정하고 지진 발생 시 해당 지역에서 관측할 수 있는 최대 PGA값과 그 초과 확률(PE)를 보여주는 지진 위험 지도를 그릴 수 있다. 지진공학과 정부계획부서에서는 이 값을 사용해 각 구역의 건물에 적절한 지진하중을 결정하고 병원, 교량, 발전소 등 주요 건축물이 견뎌야 하는 최대고려지진(MCE)를 확인한다. 건물 피해는 최대 지반 속도와 그 지속시간에 연관이 깊으며 높은 수준의 흔들림이 계속될수록 건축물의 피해가 더 커진다.
# 진도와의 관계
최대 지반 가속도는 지진계의 가속도계에 기록된 지반의 흔들림 가속도값이다. 반면 진도는 직접 PGA을 이용하지 않는다면 목격자의 경험, 흔들린 감각, 관측된 피해 등을 기반으로 한 지진 체감을 가지고 평가하는 체계에 해당한다. 즉 진도와 최대 지반 가속도는 어느 정도 상관관계가 있지만 경험과 피해는 지진공학적 대비 정도 등 가속도와는 관계 없는 요소에도 영향을 받으므로 항상 같은 것은 아니다. 일반적으로, * 0.001 g (0.01 m/s2)에서 사람이 감지할 수 있다. * 0.02 g (0.2 m/s2)에서 사람이 균형을 잃는다. * 0.50 g (5 m/s2)이상은 매우 강한 가속도로 지속시간이 짧다면 잘 설계된 건물이 버틸 수 있다.url-status=
## 수정 메르칼리 진도 계급
원래의 수정 메르칼리 진도 계급은 흔들리는 진폭, 흔들림의 주파수, 최대 지반 속도(PGV), 최대 지반 가속도(PGA)와 같은 객관적으로 정량화할 수 있는 측정값같이 엄격하게 정의되지 않았다. 다만 사람이 인지하는 흔들림과 건축물의 손상은 흔들린 강도가 낮을 경우 최대 지반 가속도와, 흔들린 강도가 강할 경우 최대 지반 속도와의 연관성이 높다.url-status=dead 다만 대한민국 기상청에서는 2018년 11월부터 자체적인 수정 메르칼리 진도 계급을 마련해, 최대 진도를 발표할 때 최대 지반 속도와 가속도에 따라 진도를 결정하는 계기진도체계를 갖추고 있다. 아래는 대한민국 기상청이 전국 각 지역의 유감진도(사람이 느끼는 정도) 및 피해진도(지진 피해의 정도)와 실제 진동 관측값 사이의 관계식을 산출하여 각 진도 등급에 해당하는 구간값을 재설정해 만든 수정 메르칼리 진도와 그에 따른 최대 지반 속도, 가속도의 관계를 나타낸 표이다.확인날짜 = 2022년 10월 20일 최대 지반 가속도의 경우 단위가 %g(1%g=0.01g=9.81gal)로, 갈(gal)로 환산할 경우 %g를 9.81로 곱하면 된다. {| class="wikitable" |+ 진도에 따른 최대 지반 속도와 가속도
(대한민국 기상청 기준) |- !진도 !최대 지반 가속도
(단위: %g=9.81cm/sec2) !최대 지반 속도
(단위: cm/sec) |- |I |%g<0.07 |V<0.03 |- |II |0.07≤%g<0.23 |0.03≤V<0.07 |- |III |0.23≤%g<0.76 |0.07≤V<0.19 |- |IV |0.76≤%g<2.56 |0.19≤V<0.54 |- |V |2.56≤%g<6.86 |0.54≤V<1.46 |- |VI |6.86≤%g<14.73 |1.46≤V<3.7 |- |VII |14.73≤%g<31.66 |3.7≤V<9.39 |- |VIII |31.66≤%g<68.01 |9.39≤V<23.85 |- |IX |68.01≤%g<146.14 |23.85≤V<60.61 |- |X |146.14≤%g<314 |60.61≤V<154 |- |XI 이상 |314≤%g |154≤V |}
# 주요 지진의 PGA
{|class="wikitable sortable" ! PGA
단일 방향
(최대 기록) ! PGA
벡터합 (H1, H2, V)
(최대 기록) ! Mw ! 깊이 ! 사망자 ! 지진 |- | 3.23 *g*bibcode=2019NatSR...9.1117G|| || 7.8 || 15 km || 2 || 2016년 카이코우라 지진 |- | 2.88 *g*Schäfer, Andreas, et al. *Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology CEDIM Forensic Disaster Analysis Group (FDA)*. 2024, www.cedim.kit.edu/download/FDA_EQ_Japan2024.pdf, https://doi.org/10.5445/IR/1000166937. Accessed 3 Apr. 2024. || || 7.5 || 16 km || 376 || 2024년 노토반도 지진 |- | 2.7 *g*archive-date=24 March 2011|| 2.99 *g*access-date=10 November 2021archive-date=24 March 2011 || 9.1access-date=10 November 2021|| 30 kmarchive-date=13 April 2016 || 19,759access-date=2022-09-23 Page 31 of the PDF file. || 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진 |- | 3.94 *g*平成20年（2008年）岩手・宮城内陸地震において記録されたきわめて大きな強震動について 防災科学技術研究所、2008年6月14日。 || 4.36 *g*display-authors=etal || 6.9 || 8 km || 12 ||2008년 이와테·미야기 내륙지진
(세계 관측 사상 가장 큰 PGA를 기록) |- | 1.92 *g*access-date=10 November 2021 || || 7.7 || 8 km || 2,415 || 1999년 921 대지진 |- | 1.82 *g*archive-date=10 November 2021|| || 6.7 ||18 kmaccess-date=10 November 2021 || 57 || 1994년 노스리지 지진 |- || 1.81 *g*access-date=10 November 2021 || || 9.5 || 33 km || 1,000–6000 || 1960년 발디비아 지진 |- |1.62 *g*url-status= | |7.8 |10 km |57,658 |2023년 튀르키예-시리아 지진 |- || 1.51 *g*archive-date=4 March 2011archive-date=31 May 2012 || || 6.2archive-date=25 February 2011 || 5 km || 185 || 2011년 2월 크라이스트처치 지진 |- | 1.26 *g*access-date=24 February 2011archive-date=2 March 2011 || || 7.1 || 10 km || 0 || 2010년 캔터베리 지진 |- | 1.25 *g*access-date = 10 November 2021 || || 6.6 || 8.4 km || 58–65 || 1971년 산페르난도 지진 |- | 1.04 *g*access-date=15 March 2011 || || 6.6 || 10 km || 11 || 2007년 니가타현 주에쓰 해역 지진 |- |0.98 *gurl-status=* | |7.0 |16.1 km |118 |2020년 에게해 지진 |- |0.91 *g* | |6.9 |17.6 km |5,502–6,434 |1995년 효고현 남부 지진 |- |0.8 *g*url-status= | |7.2 |12 km |222 |2013년 보홀주 지진 |- |0.65author-link=Ray W. Clough | |6.9 |19 km |63 |1989년 로마프리타 지진 |- |0.5 *g*access-date=27 February 2011 | |7.0 |13 km |100,000–316,000 |2010년 아이티 지진 |- |0.34 *g*p=18 | |6.4 |15 km |5,778 |2006년 5월 자와섬 지진 |- |0.18 *g*National Research Council (U.S.). Committee on the Alaska Earthquake, *The great Alaska earthquake of 1964, Volume 1, Part 1*, National Academies, 1968 p. 285 | |9.2 |25 km |131 |1964년 알래스카 지진 |}