地震警報システム（じしんけいほうシステム）とは、地震発生後、伝わっている最中の地震動を速やかに解析し、震源要素や揺れの分布を推定、その情報を警報などとして一般公衆に伝えたり、連動したインフラの制御に生かしたりして、被害を最小限に抑えるためのシステム。特に、地震波の僅かな初動部分からいち早く警報を発するよう改良されたものは地震早期警報システムとも呼ばれる。

 概要 
地震が起こると、特性の異なる数種類の地震波が周囲に広がることにより震動が発生する。地震のエネルギーの大半はS波や表面波として伝わり大きな揺れ（主要動）で被害を引き起こすが、S波は約4キロメートル毎秒程度と比較的ゆっくり伝わる。これに対してP波は約7キロメートル毎秒程度と速いが、引き起こすのは小さな揺れ（初期微動）である。このP波を観測し警報として素早く伝えることで、一定条件の下ではS波などによる大きな揺れに前もって備えることが可能となる。

警報によって生まれる猶予は、長い場合1分を超えるが、短くて数秒に過ぎない。それでも、いろいろなユーザー（防災関係者、電気、ガス、水道、通信、交通、報道、ひとりひとりの一般公衆）に伝え防災に役立てることが期待される。各々が安全確保動作（頭を守り、大きな家具からは離れ、丈夫な机の下などに隠れる = "Drop, Cover and Hold on"）を取ったり、危険な場所から離れたりして負傷・死亡のリスクを被害を軽減でき、また、高速の列車にブレーキを掛け事故のリスクを減らしたり、交通信号を制御して危険な橋やトンネルへの侵入を抑止したり、ガス管の弁を閉め火災を防いだりといった様々な対策が可能である。

一方、震源付近では間に合わないエリアが生じること、短い猶予時間でとれる対策が限られることなど、短所も挙げられる。また、精度の高いシステムにはコストが掛かり、普及の妨げになっている。

構造物の耐震化や地震時対応の強化などの事前防災、発生前に地震を予測する地震予知と並ぶ地震対策のひとつに位置付けられる。なお、自然災害では洪水、竜巻、雪崩、地すべりや土石流、津波などにも類似する早期警報システムがあって対比される。

原理自体は極めて単純であり、19世紀後半にはこれに類似したアイデアが既に存在していたが、実用に至ったのは20世紀半ば、1960年代の東海道新幹線の自動停止技術である。一般公衆に知らせるシステムはさらにその後で、1993年、メキシコで首都メキシコシティを対象としたSAS、2007年に日本で全土を対象にする緊急地震速報が開始した。その後も地震リスクの大きいいくつかの国や地域で試験運用を経て稼動している。

 技術 
地震警報システムの動作は次のようなステップに分類できる。
 地震を検出、震源位置を推定
 地震の規模を推定
 揺れの大きさを推定 
 これらの情報から警報を発するかを判断し、また深刻度に応じて伝達手段を選ぶ

また、観測点の配置によりいくつかに分類できる。広域型（地域型, regional）は対象の地域に多数の観測点を配置して震源から離れたエリアに警報を届けられるようにしたもの。広域型はさらに、観測点をばらばらに分散配置するタイプと、地震リスクの高い断層周辺などに集中配置するタイプに分けられる。現地型（on-site）は対象の地域の直下で起こる地震を捉えるために個々の観測点ごとにスピードを重視して警報を発するもの。また複合型は、現地型の警報の情報源に広域型システムが推定した震源位置・規模も併用することで補完し合う。

震源位置
"ElarmS"（アメリカ、チリなど）、"eBEAR"（台湾）、中国北京のシステムは単一の観測点でそれぞれ震源位置を算出するタイプ。日本の緊急地震速報、"Virtual Seismologist"（アメリカ、スイスなど）、"PRESTo"（イタリア）は複数の観測点のデータを統合して震源位置を算出するタイプ。前者は計算が簡易だが位置推定の精度は落ちる。後者は点源アルゴリズムによる計算を要し、PRESToでは確率密度関数、Virtual Seismologistではベイズ推定、緊急地震速報ではグリッドサーチ法などを用いる。"G-FAST"（アメリカ、チリ）はGPSの静的オフセットの値、"FinDER"（アメリカ、スイスなど）は画像認識技術を応用し、特定の断層を想定した上で地震動の分布から震源位置を推定する。ユレダス（日本）、EDAS-MAS（中国）はP波初動振幅などを変数とする経験式を用いる。アルゴリズムを用いるタイプでは様々な機械学習の活用により精度を上げる可能性がある。
規模推定
規模（マグニチュード）の推定は、規模とP波初動の回帰式が基本であり広く用いられる。規模が大きくなるとP波振幅は飽和する性質があるため、後続の波形も計算に組み入れる方式がある。前者はElarmS、Virtual Seismologist、eBEAR、"REWS"（ルーマニア）、"KEEWS"（韓国）、北京のシステム、南イベリアのシステム（スペイン）。後者はPRESTo、"SASMEX"（メキシコ）、緊急地震速報で用いる。特定の断層を想定するG-FAST、G-larmS（アメリカ）、BEFORES（アメリカ）、REGARD（日本・国土地理院）はGPSの静的オフセットの値、FinDERは断層破壊時間の関係式を用いる。ユレダス、EDAS-MAS、"OnSite"（アメリカ）は迅速性を重視して単一観測点のデータから推定する。
地震動推定
位置と規模のデータから、表面最大加速度（PGA）や表面最大速度（PGV）、それに従う震度階級の分布を算出する。多くのシステムでは揺れの大きさと震源距離の経験的関係を示す地震動モデル（GMM : Ground-Motion Model）を用いる。広域型のElarmS、FinDER、緊急地震速報のPLUM法では複数の観測点のデータを補間する手法が用いられる。現地型の"PRESTo Plus"（イタリア）、OnSiteなどではP波初動から推定するが精度は落ちる。
警報の基準
各システムは、マグニチュードの値や地震動（PGA, PGV）・震度階級、これらの組み合わせの予測値が基準（しきい値）を超える場合を基準にしている。SASMEX、KEEWS、EDAS-MAS、北京のシステムはマグニチュード。OnSite、PRESTo、Virtual Seismologist、コンパクトユレダス（日本）、IEEWS（トルコ）はPGA。ElarmS、PRESToPlus、緊急地震速報、eBEAR、REWSはPGVまたは震度階級。P波初動を用いるユレダスはマグニチュードと震央距離が基準だった。異なるアプローチとして、再帰的に被害推定の大きさ、例えば揺れの大きさの関係から求められる橋の損傷の臨界値やエレベーターへの閉じ込め発生率などを提案する論文もいくつかある。

 課題 
震源のごく近くでは、警報が間に合わないゾーン（グレーゾーン、ブラインドゾーン）が発生してしまう。建物や設備の耐震性が高い環境でこそ有効に機能するという指摘もある。

日常の中で突然発表される警報の際に自分の安全を確保するためには、訓練を行うことが有効とされる。また頑丈な建物内ではその場で安全確保行動を取ることが推奨されるが、これは建物の耐震性が高いことや家具の固定が行われていることが前提である。そうでない場所、例えば耐震性の低い建物では前記のような行動はかえって危険で屋外への避難のほうが有効という場合もある。

地震の揺れが続いている中リアルタイムに計算を行う予測は不確実性を伴う。ふつう警報の地震動などの基準（しきい値）は、見逃しを減らすために被害が予想される値よりも低く設定される。これによる空振りや誤警報が増えると、情報を受け取る側にとっての警報の価値が低下する。また、誤警報による経済活動の中断などの損失が強く意識されると、警報の価値が低下してしまう。そのため、地震被害のリスクを前もって具体的に示しておくことが有用とされる。他方、誤警報や見逃しに対する利用者の許容度を定量的に評価するための研究も行われている。

海域の観測は有効と考えられるが、海底ケーブルを必要とするため陸上よりもコストが高く、展開されているのは日本近海など一部に限られる。

地震の検知から警報発出までの間の遅延は、観測網の密度の大小に依存する部分が大きいことが知られるようになっている。観測所の精度が高い地震計と併せて、ロサンゼルスや台湾ではコストが地震計の数分の1とされるMEMSが観測ネットワークを補う。また、よりコストが低いスマートフォンのセンサを用いたシステムが開発途上にある。

 一般公衆向けの主なシステム 

一般公衆向けの地震警報システムは、日本のほか、アメリカ（西海岸）、イタリア、スイス、台湾、中国、トルコ、チリ、ニカラグア、ルーマニアなどで運用されている。

 日本 
緊急地震速報
日本全域を対象に気象庁が発表する地震動の警報・予報。予想震度5弱以上の場合に震度4以上の地域を発表する一般向けが2007年10月に開始。テレビ放送や携帯電話への通知、全国瞬時警報システム（Jアラート）経由の広報スピーカーなどで広く周知される。主に陸上、一部は海底にも分布する、気象庁の約690か所および防災科学技術研究所の約1,000か所の地震計のデータを利用し、初動のP波から地震の震源や規模を推定する。
気象庁の資料をもとに各地点の地震動や到達時刻を計算して付加価値を付けたり、独自に開発した端末を利用したりする「地震動の予報業務」は気象業務法が規制する許可事業であり、要件を満たした許可事業者にのみ認めている。ただし、気象庁や許可事業者の提供情報（時刻・震源・規模）をそのまま配信するものはその対象外。なお一定の質を保つためにガイドラインが定められており、任意加入の緊急地震速報利用者協議会も組織されている。

 メキシコ 
（SASMEX）
メキシコ中部と南部の一部を対象に、公衆向けに地震動の警報を行う。テレビ・ラジオ放送、小学校などに設置された専用受信機のほか、首都メキシコシティでは街灯のスピーカーによるアラーム発信が行われている。

 チリ 
2020年から北部で地震警報システムが運用されており、テレビ放送も行われている。2010年から試験運用と観測網拡大が行われていた。

 アメリカ 
ShakeAlert
カリフォルニア州・オレゴン州・ワシントン州の西海岸3州・約5千万人を対象地域として本運用中（2023年時点）。マグニチュード5以上の地震で携帯電話に通知され、アプリをダウンロードすればマグニチュード4.5以上でも通知される。
2006年に発足したカリフォルニア統合地震観測網（California Integrated Seismic Network, CISN）のデータを利用してアメリカ地質調査所（USGS）と大学・民間組織による開発が行われ、2012年にカリフォルニアで実証実験を開始。2018年にカリフォルニアで本運用の準備が完了、翌2019年ロサンゼルス郡でアプリケーションでの提供を開始して以降拡大され、2021年3月にオレゴン、同年5月にはワシントンに拡大した。鉄道ではベイエリア高速鉄道やメトロリンクなどで運行制御に利用されており、道路・港湾・空港などの事業者も参加している。

 台湾 

台湾の中央気象局が、台湾全域を対象に2014年より運用を開始。

 中国 

中国の地震早期警戒システムで、成都ハイテク防災研究所によって開発された。2012年より順次運用を開始し、2016年時点で人口の90%をカバーしている。

全土での早期警報システムの構築を目指して開発が進められている、中華人民共和国の国家プロジェクト。ICL地震早期警報技術システムも利用されている。