(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球の電離圏における全電子数（ＴＥＣ）にしたがって地震を予測するための方法において、
リスク評価に関する予測モデルをプロセッサによって規定するステップであって、前記予測モデルが、平穏時の電離圏におけるＴＥＣの測定データを含み、前記測定データが、衛星の送信機及び地上局の受信機で発生する、ステップと、
地震の対象の第１の位置、並びにいずれも前記第１の位置から離れた第２の位置及び第３の位置において、メモリデータに前記プロセッサによって記録するステップであって、各位置が、前記電離圏の緯度及び経度によって規定され、前記データが、前記衛星の前記送信機と前記地上局の前記受信機との間の経路を進む時間信号の量を含んでおり前記ＴＥＣ測定値を提供する、ステップと、
前記予測モデル及び前記第１の位置、前記第２の位置及び前記第３の位置における複数の前記ＴＥＣの測定データにしたがって、前記電離圏における時間対ＴＥＣの測定データのグラフを前記プロセッサによってプロットするステップと、
前兆として前記複数のＴＥＣの測定データを前記プロセッサが使用し、前記第１の位置、前記第２の位置及び前記第３の位置における前記複数のＴＥＣの測定データが、前記予測モデルから逸脱したときに、地震の発生を予測するステップであって、逸脱が、前記第２の位置及び前記第３の位置におけるＴＥＣの減少と同時に前記第１の位置におけるＴＥＣ増加から成る、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第２の位置が前記第１の位置の北であり、前記第３の位置が前記第１の位置の南であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、
前記第２の位置及び前記第３の位置が、前記第１の位置から約１００ｋｍ離れていることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記データが、緯度及び同じ経度の増加の位置を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、
前記地上局の受信機が固定されていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、
前記地上局の受信機が移動式であることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法において、
送信機が、２又はそれ以上の受信機のそれぞれに信号を送信することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、
２又はそれ以上の送信機が、受信機に信号を送信することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、
前記記録するステップが、さらに、統合された屈折率に依存する前記信号の経路に沿った速度を統合するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記速度が、約８ｍ／ｓの垂直速度であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、
前記逸脱が、地震の４０分前の前兆であることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、
前記逸脱の大きさが、地震のマグチュードに関連することを特徴とする方法。
【請求項１３】
地球の電離圏における全電子数（ＴＥＣ）にしたがって地震を予測するための方法において、
リスク評価に関する予測モデルをプロセッサによって規定するステップであって、前記予測モデルが、平穏時の電離圏におけるＴＥＣの測定データを含み、前記測定データが、少なくとも衛星の送信機及び地上局の受信機で発生する、ステップと、
地震の対象の第１の位置、並びに前記第１の位置から離れた２つの位置であって、当該２つの位置の一方が前記第１の位置の１００ｋｍ北に位置し、当該２つの位置の他方が前記第１の位置の１００ｋｍ南に位置する位置におけるメモリデータに前記プロセッサによって記録するステップであって、各位置が、前記電離圏の緯度及び同じ経度の増加によって規定され、前記データが、前記衛星の前記送信機と前記地上局の前記受信機との間の経路を進む時間信号の量を含んでおり電子／ｍ２の前記ＴＥＣ測定値を提供し、当該記録するステップが、さらに、統合された屈折率に依存する前記信号の経路に沿った８ｍ／ｓの垂直速度を統合するステップを含む、ステップと、
前記予測モデルにしたがって前記電離圏における時間対ＴＥＣの測定値のグラフ並びに前記第１の位置及び前記第１の位置から離れた２つの位置における複数のＴＥＣの測定データを前記プロセッサによってプロットするステップと、
前兆として前記複数のＴＥＣの測定データを前記プロセッサが使用し、前記第１の位置及び前記第１の位置から離れた２つの位置における前記複数のＴＥＣの測定データが、前記予測モデルから逸脱したときに、地震の発生を予測するステップであって、前記逸脱が、地震の４０分前の前兆を示し、前記第１の位置において前記予測モデルと比較して増加したＴＥＣから成ると同時に、前記第１の位置から離れた前記２つの位置において前記予測モデルと比較して減少したＴＥＣから成るステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記逸脱の大きさが、地震のマグチュードに関連することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、
前記地上局の受信機が固定されていることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法において、
前記地上局の受信機が移動式であることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、
送信機が、２又はそれ以上の受信機のそれぞれに信号を送信することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法において、
２又はそれ以上の送信機が、受信機に信号を送信することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年４月４日に出願された米国仮特許出願第６１／６２０，２５３号明細書の優先権を主張するものであり、その開示が参照によって本明細書に全体として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して、リスクを予測および評価することに関する。特に、本発明は、イベント、例えば、地震よりも前に、リスクを予測し、リスクを評価するように構成されたシステムおよび方法を対象とする。本発明は、地震の予測およびリスク評価に関して、本明細書で議論されるが、竜巻、ハリケーン、または地下鉱山の崩壊を含む同等のイベントなどの、他のイベント予測およびリスク評価に類似している。
【０００３】
リスクのなかには、グローバルポジショニングシステム（「ＧＰＳ」）により取得される大気の測定値を収集および分析することによって、イベントが発生する前に、予測および評価され得るものがある。特に、ＧＰＳ測定値は、電離圏における全電子数（「ＴＥＣ」：Ｔｏｔａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｏｎｔｅｎｔ）に関連する。
【背景技術】
【０００４】
長年にわたって、地震などのイベントを予測するための信頼できる前兆（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓ）に対する調査が、相当の議論を生じさせてきた。特に、議論は、地震などのイベントを予測する際の前兆の妥当性およびそれらの使用に関して残存している。前兆は、出現するものに先行し、およびそれを示し、示唆し、または、通知するいずれのものも含む。
【０００５】
多くの研究が、地震などの自然災害の予測に関して行われてきた。地震は、地球の地殻におけるプレート間の地質断層線（ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ  ｆａｕｌｔ  ｌｉｎｅｓ）の破断によって引き起こされることが多いが、火山活動、地滑り、鉱山噴出、および核実験によって引き起こされることもある。破断した断層線の位置は、震源と称される。震源の真上の地球の表面の一部は、震源地と称される。地震は、地震波、すなわち、地球の層を通じて進むエネルギーの波を、地震計と称されるツールで評価することによって測定される。地震波の組は、「地震活動」と称される。
【０００６】
高レベルの地震活動を有する大規模地震は、地球の自然災害の最も破壊的なものに含まれる。地震は、何年にもわたって、人類の生命および資産に莫大な損害を与えてきた。人々が、地震がすぐに発生しそうであることが分かるならば、彼らはいくらかの予防措置をとることも、自身もしくは自身の資産を保護することもできる。したがって、地震の発生を予測するためのいくつかのシステムが開発されてきた。このような既知のシステムは、重力場、地震イベントに関連付けられた乱流、自然低周波無線信号の測定値、奇怪な動物の挙動、およびラドンの解放であってそのアルファ崩壊を通じて大気をイオン化し、それによって通常の大気圏を擾乱させるラドンの解放を使用することを試みるものである。既知の前兆の中には、信頼できないものも、容易に測定可能ではないものもある。
【０００７】
他の既知の前兆は、地震の直前またはその間に検出可能である。例えば、地震発生時の地球磁場の変化は、日本の本州における２０１１年の東北地震の間に存在していた。このような前兆を、余震、津波、および他の地震の影響に関して人々に警告することに使用することができるが、地震そのものに対して準備するための十分な警告を人々に与えるには有用ではない。
【０００８】
他の例として、地震発生地域から放射される電磁波検知（ＤＥＭＥＴＥＲ：Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ  Ｒｅｇｉｏｎｓ）衛星を、電離圏擾乱、特に、地震および火山活動に起因した超低周波（ＶＬＦ）伝播に関する前兆効果を調査するために打ち上げることができ、ＤＥＭＥＴＥＲ測定密度における増大を、太陽活動の上昇値によって説明することができる。
【０００９】
明らかに、地震が発生する前に、直ちに地震の前兆を検出し、任意の差し迫っている地震に関する警告情報を配信するための、信頼できるシステムおよび方法に対する要求が存在する。本発明は、この要求を満たすものである。
【発明の概要】
【００１０】
ある種の研究において、科学者は、地震と地球の電離圏との関係を研究してきた。地球の電離圏は、地球の上層大気の一部である。大気の電離圏層は、およそ、５０ｋｍから１０００ｋｍ超の高度であり、各々が地球の大気の層でもある、中間圏、熱圏、および外気圏の一部を備えている。電離圏は、１つまたは複数の電子の損失または利得に起因した、正味電荷を有する原子または分子であるイオンの存在によって定義される。電子は、原子の負電荷を要因とする。中性原子（電荷を有さない原子）が電子を得る場合は、原子の正味電荷は負となる。中性原子が電子を失う場合は、原子の正味電荷は正となる。
【００１１】
一部の例では、太陽からの紫外線によって、大気圏における原子または分子は電子を失うことになり、したがって、イオンとなる。このプロセスは、イオン化と称される。紫外線放射のレベルが増大するにつれて、電離圏におけるイオンのレベルが増大し、逆もまた同様である。イオン化の結果として、電離圏は、電子、および、帯電した原子もしくは分子を含むことになる。
【００１２】
太陽に加えて、電離圏における電子レベルの変動の他の原因が存在する。本発明のある実施形態は、電離圏における電子レベルの変動を検出し、そのような変動と地震の発生との間の相互関係を特定することを対象とする。電離圏は、「ＴＥＣ」とも称される、全電子数を判定することによって測定される。種々の時点においてＴＥＣを測定することによって、ＴＥＣの標準レベルが特定されてもよい。したがって、地震の直前に測定されたＴＥＣを、標準レベルのＴＥＣと比較することができる。比較の結果として、地震を予測するモデルが構築されてもよい。続いて、予測モデルが地震を予報すると、警告通知が、コンピュータシステムまたは他の通信チャネルを介して、人々に配信または公表されてもよい。
【００１３】
さらに具体的には、電離圏における変化は、地震の前に発生する大規模電場パターンに基づいていると思われる。場合によっては、地球の磁場にわたる導電性海水（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｓｅａ  ｗａｔｅｒ）の流れが電流を駆動し、次いで、磁場における変化を引き起こす。磁気偏角の時系列（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｄｅｃｌｉｎａｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ  ｓｅｒｉｅｓ）は、同様の変化を示さない破断帯の南に位置する局からのデータと比較して、破断帯に近い緯度に位置する局からのデータ、によってサポートされるような、およそ１５〜４０分の前兆を提供する。
【００１４】
ＴＥＣは、衛星と地上局との間で測定される。衛星は、送信機であり、および、例えば、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）衛星を含む。用語「地上局」は、固定受信機または移動受信機を含んでいる任意の受信機を指す。受信機は、ランドプラットフォーム（ｌａｎｄ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）、車載受信機、固定水上プラットフォーム、移動水上プラットフォーム、固定および懸垂空中プラットフォーム、または移動浮遊プラットフォームを含んでもよい。
【００１５】
震源地付近のＴＥＣの変化は、震源地から数百キロメータ離れた効果的な電離圏貫通ポイントにおける変化と同時に起こる。より多くの電離圏電子がグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）の放射によって貫通されるときに、ＴＥＣは増大する。同様に、より少ない電離圏電子がＧＰＳの放射によって貫通されるときに、ＴＥＣは減少する。このような変化は、震源地からの距離に応じて兆候が変動する大規模電場から予想される。例として、１００ｋｍ付近の０．５ｍＶ／ｍのみの電場は、ＴＥＣ変動がメインの電離圏に磁場に従ってマッピングされる（ｍａｐ）ときに、観測される規模のＴＥＣ変動を形成するのに十分な大きさである。信号遅延は、ＧＰＳ衛星から地上局への経路に沿ったＴＥＣに起因して、電離圏において発見されることが多い。
【００１６】
現在、世界的に存在している数千の地上局の１つまたは複数を使用することによって、多くの測定値が取得されてもよく、ならびに、予測モデルを、平穏時の（ｑｕｉｅｔ−ｔｉｍｅ）電離圏のＴＥＣ測定値に基づいて作成することができる。この予測モデルからの実際のＴＥＣの挙動の逸脱は、地震などの自然災害が発生する前に、それらの警告をもたらすことができる。
【００１７】
本発明のある実施形態では、電離圏効果は、電場の反転が予想される震源地、および、震源地を直接囲む地帯の付近で観察される。被災地の北および南エリアにおけるＴＥＣの減少が同時に伴う、被災地の緯度におけるＴＥＣの増大は、摂動電場（ｐｅｒｔｕｒｂｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）が、数百キロメータ離れた対象の緯度上の方向に反転する、電気力学的効果を示唆している。この長さの波長は、超低周波（ＥＬＦ）範囲における周波数に相当する。電離圏において変化が検出されるときに、警告を送信して、準備を通信することができる。例えば、天然ガス供給業者およびパイプラインを閉鎖し、人々が、震源地付近の建物などの建物から離れ、公安職員、消防署、および警察が準備し、ならびに、竜巻と同様のアラームなどの警告信号をブロードキャストすることができるように、警告をガス供給業者および地方自治体に送信することができる。
【００１８】
本発明のある実施形態は、少なくとも１つの技術的課題を解決するように構成される。技術的課題の１つは、どのように確実に地震を予測するかである。この技術的課題への技術的解決策は、平穏時の電離圏から取得される全電子数測定値に基づいて、予測モデルを作成し、全電子数データを予測モデルと比較し、ならびに、全電子数データが予測モデルから逸脱しているときに、地震の警告を予報することを含む。
【００１９】
本発明、ならびにその特性および利点はさらに、添付図面を併用して、１つの考慮される実施形態の以下の詳細な説明を参照して理解および認識される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の方法の実施形態を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の別の方法の実施形態を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に従った全電子数（ＴＥＣ）測定値を取得するためのシステムの実施形態を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明に従った全電子数（ＴＥＣ）測定値を取得するためのシステムの別の実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明に従った１０の地上局および衛生からの傾斜ＴＥＣの時系列を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明に従った衛星１５からの、図３のＴＥＣ時系列に相当するグランドトラックを示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明に従った衛星２６からの、ＴＥＣ時系列に相当するグランドトラックを示すグラフである。
【図５】図５は、本発明に従った電場のストリームラインを示す図である。
【図６】図６は、本発明に従った電場の兆候変化を有する電離圏の上昇および下降を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明に従った例示的なコンピュータシステムである。
【図８】図８は、本発明に従った例示的なクラウドコンピューティングシステムである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明のある実施形態は、地震を予測するための方法を対象とする。図１Ａに示すように、方法１１００の実施形態は、地震の対象のエリア付近の電離圏における全電子数（ＴＥＣ）に関するデータを収集すること（１１０２）を含んでもよい。そのようなデータは、標準（地震のときでない）電離圏の前の測定値から取得された電離圏データを考慮して分析される（１１０４）。分析から、システムは、地震が差し迫っているか否かに関するリスクレベルを特定してもよい（１１０６）。システムはまた、リスクレベル情報を、人々またはデバイスに通信して、地震に関連する損害対策（ｄａｍａｇｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）の準備を可能にしてもよい（１１０８）。
【００２２】
図１Ｂに示すように、本発明の別の実施形態は、地震を予測するための方法１１００を含み、方法は、少なくとも１つの衛星および複数の地上局から生成されたデータを取得して、リスク評価のための地震の対象のエリアの全電子数を測定するステップ（１１１２）と、地震の対象のエリア付近の、および、地震の対象のエリア周辺に位置する２つ以上のポイントにおける、全電子数の変動を判定して、全電子数データを取得するステップ（１１１３）と、平穏時の電離圏から取得されたＴＥＣ測定値に基づいて、予測モデルを作成するステップ（１１１４）と、全電子数データを予測モデルと比較するステップ（１１１５）と、全電子数データが予測モデルから逸脱しているときに、地震警告を予想するステップ（１１１６）とを備える。
【００２３】
本発明に従ったシステム１２００は、地球の電離圏（または、別の天体の大気層）におけるＴＥＣを測定するように構成されてもよい。図２Ａに示すように、システム１１２０の実施形態は、信号１１２３を受信機１１２４に送信する衛星１１２２Ａなどの送信機１１２２を含んでもよい。信号１１２３は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）信号、または別のタイプの信号であってもよい。受信機１１２４は、固定受信機、または移動受信機を含んでもよい。受信機１１２４はまた、「地上局」と称されてもよい。地上局の例は、ランドプラットフォーム、車載受信機、固定水上プラットフォーム、移動水上プラットフォーム、固定および懸垂空中プラットフォーム、または移動浮遊プラットフォームを含む。
【００２４】
ＴＥＣは、送信機１１２２と受信機１１２４との間で信号１１２３が進むのに要する時間を評価することによって測定される。通常、電子の数は、ＧＰＳ信号に関する効果のほとんどを引き起こす電離圏のパラメータである。信号１１２３が衛星１１２２から受信機１１２４までの距離をカバーするのに必要とされる時間は、統合された屈折率に依存し、それにより電子／ｍ２で表現されるＴＥＣを提供する経路に従った速度を統合することによって見出される。
【００２５】
本発明のある実施形態は、単一もしくは複数の送信機１１２２、および／または、単一もしくは複数の受信機１１２４を含む。例えば、１つの実施形態では、単一送信機１１２２は、１つまたは複数の信号１１２３を、２つ以上の受信機１１２４の各々に送信する。他の実施形態では、２つ以上の送信機１１２２の各々は、１つまたは複数の信号１１２３を、単一受信機１１２４に送信する。各コンポーネント１１２２、１１２４から経時的に収集されたデータは、種々の地理的位置における全電子数を算出することを可能にする。
【００２６】
ＴＥＣデータの組が収集されると、データは、例えば、図２Ｂに示されるようなコンピュータシステム１７００またはクラウドコンピューティングシステム１８００（以下、さらに詳細に示す）を使用して分析されてもよい。信号データの分析は、電離圏における全電子数の標準的な範囲を判定することを可能にする。加えて、地震の前の期間からの全電子数に関するデータは、予測モデルを作成することを可能にする。予測モデル、および電離圏からのＴＥＣに関するリアルタイムもしくはほぼリアルタイムのデータを使用して、システムは、差し迫った地震のリスクレベルを特定してもよい。このようなリスクの特定は、全電子数データが予測モデルから逸脱したときに、地震を予報することを含んでもよい。高または低であるかのリスクレベルは、人々またはデバイスに通信されて、任意選択で通信コンポーネントを使用して、地震に対する準備を可能にしてもよい。通信コンポーネントは、コンピュータシステム１７００（図２Ｂで示されるような）、クラウドコンピューティングシステム１８００、ネットワーク、イントラネット、インターネット、電話、ファクシミリ、電報、または他の通信方法を含む、リスクレベルを通信するように構成されたいずれかを含んでもよい。
【００２７】
システムコンポーネントおよび方法のステップのある実施形態は、以下でより詳細に示される。衛星１１２２および地上局１１２４のいくつかは、特定の数字表示によって認識されるが、そのような表示は、参照のみに対するものであって、限定することを意図されるものではない。例えば、そのような参照は、衛星１５、衛星２６、地上局８、地上局１８、地上局３８、地上局１５３、地上局１６５、地上局２１４、地上局２２６、地上局５０１、地上局６０２、および地上局５１１３を含む。
【００２８】
少なくとも１つの衛星１１２２および複数の地上局１１２４からのデータは、リスク評価のための地震の対象のエリアの全電子数を測定するのに取得される。ある実施形態では、８つ以上の衛星１１２２が、追加的なデータを生成するのに使用される。全電子数における変動は、全電子数データを取得するために、地震の対象のエリア付近で、および、地震の対象のエリア周辺に位置する２つ以上のポイントにおいて判定される。平穏時（言い換えると、地震が差し迫っていない間の標準電離圏）の電離圏から取得されたＴＥＣ測定値に基づいている予測モデルが作成され、および、全電子数データが予測モデルと比較される。地震警告は、全電子数データが予測モデルから逸脱したときに予報される。
【００２９】
以下では、例示の目的のみで２００１年３月１１日、東北沖地震に関して議論される。本発明の特徴が、リヒタースケール（Ｒｉｃｈｔｅｒ  ｓｃａｌｅ）上で７．０超を測定する地震などの他の大規模地震に同様に適用可能であると考えられる。
【００３０】
本発明に従うと、電離圏効果は、電場の反転が予想される震源地、および震源地を直接囲む地帯の付近で発生する。被災地の北および南エリアにおけるＴＥＣの減少が同時に伴う、被災地の緯度におけるＴＥＣの増大は、摂動電場が数百キロメータ離れた対象の緯度上の方向に反転する、電気力学的効果を示唆している。この長さの波長は、超低周波（ＥＬＦ）範囲における周波数に相当する。
【００３１】
図３は、本発明に従った、１０の地上局および衛星１５からの傾斜ＴＥＣ時系列を示すグラフ２００である。地上局番号１２０１は、曲線もしくはトラックの左に記載され、および、揺れ時間は、縦線１２０３によって示される。複数の地上局からの収集されたデータの利点は、データがより多くの緯度をカバーすることである。グラフ２００は、ＴＥＣ増大１２０２およびＴＥＣ減少１２０４を強調している。特に、ＴＥＣ増大１２０２は、地上局を表しているトラックの上側で示され、ＴＥＣ減少１２０４は、トラックの下側で示される。データは、下から上へプロットされ、ならびに、同様の経度とともに上昇している緯度における局から収集される。以上のように、地上局２２６、２１４、３８、１６５、１５３、１８、および８のすべては、地震の約４０分前、または５ＵＴ時間の少し後から始まって、一定して増大しているＴＥＣ増大１２０２を示す。
【００３２】
図４Ａは、本発明に従った、衛星１５からの図３のＴＥＣ時系列に相当するグランドトラックを示すグラフである。地上局番号１３０１は、トラックの左に記載される。サブ電離圏ポイント（ＳＩＰ）の緯度対経度トラックは、地上局を表しているトラックの上側で示されるＴＥＣ増大１３０２で、および、トラックの下側で示されるＴＥＣ減少１３０４でプロットされる。地震によって破断されるエリアは、網掛け囲い１３０６によって示され、および、黒点１３０３は、揺れの時間におけるＳＩＰの位置を示す。以上のように、地震の前の最も大きい増大は、破断エリア３０６の緯度においてのものであった。しかしながら、地上局番号６０２および地上局番号５１１３によって示される２つの最南端トラックに従って、ＴＥＣは揺れの前に減少していたことになる。
【００３３】
図４Ｂは、図４Ａにおいて衛星１５に使用されるものと同一の地上局に対し、衛星２６からのＳＩＰに従ったＴＥＣ変動を示す。地上局番号１４０１は、トラックの左に記載される。ＴＥＣ増大１４０２は、トラックの上側で示され、ＴＥＣ減少１４０４は、トラックの下側で示される。地震により破断されたエリアは、網掛け囲い１４０６で示され、黒点１４０３は、揺れの時間におけるＳＩＰの位置を示す。衛星２６は、揺れの時間帯の間は、衛星１５の東にあったことになる。図４Ｂは、揺れの前に、ＴＥＣが破断エリア１４０６上で増大し、破断エリア１４０６の北で減少していたことを示す。
【００３４】
日本近郊の衛星１５、衛星２６、および他のＧＰＳ衛星はすべて、９．０のモーメントマグニチュードスケール（Ｍｗ）を有していた、東北沖地震の前の４０分から１時間の標準的なＧＰＳ／ＴＥＣ  Ｕ型曲線からの明確な前兆の逸脱を形成していたことになる。前兆は、Ｍｗ＞８．２を有する揺れに対して明らかである。逸脱の規模と揺れの規模との間の明確な相関関係が存在する。特に、地震の前に、ＴＥＣ増大が破断エリア付近で発生し、減少が破断エリアから離れて同時に発生する。
【００３５】
地震付近の表面電場の測定値が利用可能でない場合、観測される明らかなＴＥＣ変化を形成するのに、電離圏の底部（１００ｋｍの高度）において必要とされる電離圏電場が判定される。電離圏電場が判定された後、対応する地上レベル電場を予測することができる。
【００３６】
プラスマイナス１０％のＴＥＣ変動は、メイン電離圏層の２０ｋｍの上方または下方の移動（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）によって生じ得る。変動は、主要層の下を通って（明確なＴＥＣ減少）、または、主要層を通じて（明確なＴＥＣ増大）、衛星から地上への見通し線（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）ＧＰＳ信号によって引き起こされ得る。
【００３７】
観測された４０分の変化は、約８ｍ／ｓの垂直速度を要する。このことは、４５度の磁場傾斜角を有する１２ｍ／ｓの
0006290859.tif 000002
のドリフトを誘導する０．５ｍＶ／ｍの電場を暗示している。その高度の上では、磁場に平行な伝導性が、２５０ｋｍへの無視できるほどの変化を有する電場をマッピングする（ｍａｐ）ので、この場は単に、電離圏の底に到達することを要する。
【００３８】
電離圏の底部における必要な０．５ｍＶ／ｍを生じさせるのに必要とされる表面電場を予測するのに、２つのモデル、荷電双極子（ｃｈａｒｇｅ  ｄｉｐｏｌｅ）、荷電板（ｃｈａｒｇｅｄ  ｐｌａｔｅ）が考えられる。荷電双極子の場は、距離の３乗で減少し、一方荷電板の場は、プレートのサイズおよびその上の高度に応じて、よりゆっくりと減少する。双極子が表面の１０ｋｍ下であった場合、表面場は、１００ｋｍの高度に到達する千の倍数と同じくらいに減少する。大きな荷電板より上（高度に関して）の場は、図５に示す、誇張モデル１５００のように見える。図５に示すモデル１５００では、場は、２倍程度減少するだけである。プレートが小さいほど、より早く減少する場を形成する。図５は、電位が１００ｋｍより上の地球の磁場に従ってマッピングされているときに、どのように電場が変化するかを示す。場は、プレートの中心から離れた方向に変化し、弱くなっていることに留意されたい。双極子およびプレートは、電場がどの程度の速さで表面から１００ｋｍの高度で減少するかの２つの極値（ｅｘｔｒｅｍｅｓ）を表している。図６は、本発明に従った、電場の兆候変化とともに電離圏の上昇および下降を示す概略図である。
【００３９】
電場が、レッドスプライト（ｒｅｄ  ｓｐｒｉｔｅｓ）を形成するのに必要とされる、９０ｋｍの値となる雷雨の真上にあることを考慮すると、２００Ｖ／ｍが、大気放電に必要とされる。金床雲（ａｎｖｉｌ  ｃｌｏｕｄ）（スプライトの源）の真上の場は、４×１０４Ｖ／ｍであり、比率は２００である。金床雲の頂上は、対象の距離尺度に対して非常に表面に近い。したがって、表面においては、０．１Ｖ／ｍの場が、電離圏の底部において０．５ｍＶの場を形成するのに必要とされ、この差分は、荷電双極子モデルと荷電板モデルとの間で減少する。これは、１／１０００のフェアウェザーフィールド（ｆａｉｒ  ｗｅａｔｈｅｒ  ｆｉｅｌｄ）であり、測定するのが困難である。しかしながら、２０ｍＶ／ｍと同程度の表面電場は実際には、地下核爆発に関して測定されていたことになる。大規模地震は、典型的な地下爆発よりもはるかに大きい擾乱を形成する。したがって、いずれのサイズの地震場も測定可能であるはずである。
【００４０】
図６は、電離圏高度における反転している場の配列の概略図１６００を示す。この空間的に変動している電場が、図２〜４に示すような、震源地周辺の明確なＴＥＣ変化につながる上昇（ｕｐｌｉｆｔｓ）および下方流（ｄｏｗｎｄｒａｆｔｓ）の原因となっている。
【００４１】
増大および減少の両方のＴＥＣ変動が、大規模地震に先行する。伝導率変化、摩擦または圧電気（ｔｒｉｂｏ−  ｏｒ  ｐｉｅｚｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）などのメカニズムは、震源地の地帯周辺とは異なった方向である震源地の地帯上での合力電場を有する揺れよりも前の電荷分離を形成する。電離圏の底部における必要な電場は、０．５ｍＶ／ｍのみであることが必要とされる。上昇場マッピングの既知の特性およびレッドスプライトの理論を使用して、このことは、表面付近の１００ｍＶ／ｍの場に相当する。磁場が形成されることが知られているので、このことは非常に小さく、および、地震の増加（ｂｕｉｌｄｕｐ）によって容易に形成される。これらの地震発生前電場によって形成された電離圏の摂動は外部に伝播し、それによって、６３０ｎｍの大気光における早期の波の到達を説明することができる。
【００４２】
本発明のある実施形態は、データを分析し、データのグラフィカル表示を表示し、地震予測情報を人々またはデバイスに通信するためのコンピュータシステム１７００またはクラウドコンピューティングシステム１８００を利用する。そのような実施形態は、地震の可能性に関する情報を効率的に公表および配信するように構成されてもよい。そのような実施形態はまた、コンピュータシステムの制御の下、自動地震準備通知をデバイスに提供するように構成されてもよい。
【００４３】
図７は、本発明に従った方法を実装するのに使用されてもよい例示的なコンピュータシステム１７００を示す。１つまたは複数のコンピュータシステム１７００は、コンピュータコードとして、本明細書で提示された方法を実行してもよい。
【００４４】
コンピュータシステム１７００は、バスなどの通信インフラストラクチャ１７０４またはフレームバッファ（図示せず）から、コンピュータシステム１７００の他のコンポーネントに、グラフ、テキスト、および情報などのデータを転送する、通信インフラストラクチャ１７０４に接続された入力／出力ディスプレイインタフェース１７０２を含む。入力／出力ディスプレイインタフェース１７０２は、例えば、データを入力および／もしくは参照することが可能な、キーボード、タッチスクリーン、ジョイスティック、トラックボール、マウス、モニタ、スピーカ、プリンタ、任意の他のコンピュータ周辺デバイス、または、それらの任意の組み合わせであってもよい。
【００４５】
コンピュータシステム１７００は、特定の情報を処理する専用または汎用デジタルシグナルプロセッサであってもよい、１つまたは複数のプロセッサ１７０６を含む。コンピュータシステム１７００はまた、メインメモリ１７０８、例えば、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、リードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）、大容量記憶装置、または、それらの任意の組み合わせを含む。コンピュータシステム１７００はまた、ハードディスク装置１７１２、着脱可能記憶装置１７１４、またはそれらの任意の組み合わせなどの二次的メモリ１７１０を含んでもよい。コンピュータシステム１７００はまた、通信インタフェース１７１６、例えば、モデム、ネットワークインタフェース（イーサネットカード、またはイーサネットケーブルなど）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード、有線もしくは無線システム（ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、赤外線など）、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、イントラネットなどを含んでもよい。
【００４６】
メインメモリ１７０８、二次的メモリ１７１０、通信インタフェース１７１６、またはそれらの組み合わせは、他にコンピュータ可読記憶媒体と称される、コンピュータ利用可能記憶媒体として機能して、コンピュータ命令を含むコンピュータソフトウェアを記憶および／またはアクセスすることが考えられる。例えば、コンピュータプログラムまたは他の命令は、着脱可能記憶装置、例えば、フロッピーディスク、ＺＩＰディスク、磁気テープ、ポータブルフラッシュドライブ、ＣＤ、ＤＶＤもしくはＢｌｕ−ｒａｙなどの光学ディスク、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）、ナノテクノロジ機器などを通じて、コンピュータシステム１７００にロードされてもよい。特に、コンピュータ命令を含むコンピュータソフトウェアは、着脱可能記憶装置１７１４またはハードディスク装置１７１２から、二次的メモリ１７１０へ、または、通信インフラストラクチャ１７０４を通じてコンピュータシステム１７００のメインメモリ１７０８へ、転送されてもよい。
【００４７】
通信インタフェース１７１６は、ソフトウェア、命令、および／またはデータが、コンピュータシステム１７００と、外部デバイスもしくは外部ネットワークとの間で転送されることを可能にする。通信インタフェース１７１６によって転送されるソフトウェア、命令、および／またはデータは、主として、通信インタフェース１７１６によって送信および受信されることが可能な、電子、電磁気、光学、または他の信号であってもよい信号の形式である。信号は、有線もしくはケーブル、ファイバ光学、電話線、セルラ電話リンク、無線周波数（「ＲＦ」）リンク、無線リンク、または他の通信チャネルを使用して送信および受信されてもよい。
【００４８】
コンピュータプログラムは、実行されるときに、コンピュータシステム１７００、特にプロセッサ１７０６が、命令を含むコンピュータソフトウェアに従って、本発明の方法を実行することを可能にする。
【００４９】
本明細書で示されるコンピュータシステム１７００は、本明細書で提示される方法の任意のステップの任意の１つまたは任意の組み合わせを実行してもよい。本発明に従った方法は、自動的に実行されてもよく、または、一部の形式の手動介入によって起動されてもよいことがまた考えられる。
【００５０】
図７のコンピュータシステム１７００は、本発明がこの具体的な実施形態に限定されないように、例示の目的にのみ提供される。当業者であれば、任意のコンピュータシステムを使用して、どのように本発明をプログラムおよび実装するかを認識するかが理解される。
【００５１】
コンピュータシステム１７００は、ハンドヘルドデバイスであってもよく、および、例えば、携帯情報端末（「ＰＤＡ」）、スマートハンドヘルドコンピューティングデバイス、セルラ電話、ラップトップもしくはノートブックコンピュータ、ハンドヘルドコンソールもしくはＭＰ３プレイヤ、タブレット、またはｉＰａｄ（登録商標）、ｉＰａｄ  Ｔｏｕｃｈ（登録商標）もしくはｉＰｈｏｎｅ（登録商標）などの同様のハンドヘルドコンピュータデバイスを含む、任意の小型コンピュータデバイスを含んでもよい。
【００５２】
図８は、本発明に従った方法を実装するのに使用されてもよい、例示的なクラウドコンピューティングシステム１８００を示す。クラウドコンピューティングシステム１８００は、複数の相互接続されたコンピューティング環境を含む。クラウドコンピューティングシステム１８００は、種々のネットワークからのリソースを、共有仮想コンピュータとして利用し、そこでは、サービスおよびアプリケーションを、特定のコンピュータまたはサーバ構成から独立して稼動させ、ハードウェアの重要性をより少なくすることができる。
【００５３】
特に、クラウドコンピューティングシステム１８００は、少なくとも１つのクライアントコンピュータ１８０２を含む。クライアントコンピュータ１８０２は、本明細書で開示される方法を実行するのにアクセスされてもよい分散コンピューティング環境の使用を通じた任意のデバイス、例えば、一例を挙げると、従来型コンピュータ、ポータブルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末、タブレットなどであってもよい。クライアントコンピュータ１８０２は、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、リードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）、大容量記憶装置、またはそれらの任意の組み合わせなどのメモリを含む。メモリは、他にコンピュータ可読記憶媒体と称される、コンピュータ利用可能記憶媒体として機能して、コンピュータソフトウェアおよび／または命令を、記憶および／またはアクセスする。
【００５４】
クライアントコンピュータ１８０２はまた、通信インタフェース、例えば、モデム、ネットワークインタフェース（イーサネットカードなど）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットおよびカード、有線もしくは無線システムなどを含む。通信インタフェースは、クライアントコンピュータ１８０２と、インターネット１８０４などのネットワークおよびクラウドデータセンタ１８０６を含む外部デバイスとの間で、転送される信号を通じて通信を可能にする。通信は、ケーブル、ファイバ光学、電話線、セルラ電話リンク、無線波、または他の通信チャネルなどの無線または有線能力を使用して実装されてもよい。
【００５５】
クライアントコンピュータ１８０２は、インターネット１８０４、特に、１つまたは複数のサーバとの通信を確立して、次に１つまたは複数のクラウドデータセンタ１８０６との通信を確立する。クラウドデータセンタ１８０６は、クラウド管理システム１８０８を通じて管理される、１つまたは複数のネットワーク１８１０ａ、１８１０ｂ、１８１０ｃを含む。各ネットワーク１８１０ａ、１８１０ｂ、１８１０ｃは、リソースサーバ１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃをそれぞれ含む。サーバ１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃは、限定または定義された期間に、仮想マシン、プロセス、または他のリソースをインスタンス化するのに起動することができる、コンピューティングリソースおよびコンポーネントの集合にアクセスすることを可能にする。例えば、リソースサーバの１つのグループは、オペレーティングシステムまたはそのコンポーネントをホスティングおよびサービスして、仮想マシンを配信およびインスタンス化することができる。リソースサーバの別のグループは、コンピューティングサイクルまたはプロセッサ時間をホスティングすることの要求を受け入れて、仮想マシンに対して、定義されたレベルの処理電力を供給することができる。リソースサーバのさらなるグループは、アプリケーションをホスティングおよびサービスして、電子メールクライアント、ブラウザアプリケーション、メッセージアプリケーション、または他のアプリケーションもしくはソフトウェアなどの仮想マシンのインスタンス化にロードすることができる。
【００５６】
クラウド管理システム１８０８は、インターネットもしくは他のパブリックやプライベートネットワークなどの１つもしくは複数のネットワーク１８１０ａ、１８１０ｂ、１８１０ｃと、リソースサーバ１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃのすべての組と通信する、専用もしくは集中サーバ、ならびに／または、他のソフトウェア、ハードウェア、およびネットワークツールを備えることができる。クラウド管理システム１８０８は、クラウドデータセンタ１８０６における使用のために必要とされ、および、利用可能なリソースサーバ１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃの組によって管理されるコンピューティングリソースおよびコンポーネントをクエリおよび特定するように構成されてもよい。特に、クラウド管理システム１８０８は、クラウドデータセンタ１８０６における使用のために必要とされ、および、利用可能なリソースサーバ１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃの組の、処理電力のタイプおよび量、メモリのタイプおよび量、記憶装置のタイプおよび量、ならびにネットワーク帯域幅のタイプおよび量などのハードウェアリソースおよびコンポーネントを特定するように構成されてもよい。同様に、クラウド管理システム１８０８を、クラウドデータセンタ１８０６における使用のために必要とされ、および、利用可能なリソースサーバ１８１２ａ、１８１２ｂ、１８１２ｃの組の、オペレーティングシステム（「ＯＳ」）、およびアプリケーションプログラムなどのタイプなどのソフトウェアリソースおよびコンポーネントを特定するように構成することができる。
【００５７】
本発明はまた、ソフトウェアをクラウドコンピューティングシステム１８００に提供する、他にコンピュータプログラム製品と称される、コンピュータ製品に関する。コンピュータ製品は、任意のコンピュータ利用可能媒体に、現在または後に既知とされるソフトウェアを記憶する。そのようなソフトウェアは、実行されるときに、本発明のある実施形態に従った方法を実装してもよい。コンピュータ利用可能媒体の例は、一次的記憶装置（例えば、任意のタイプのランダムアクセスメモリ）、二次的記憶装置（例えば、ハードドライブ、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＺＩＰディスク、テープ、磁気記憶装置、光学式記憶装置、微小電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）、ナノテクノロジ記憶装置など）、および、通信媒体（例えば、有線および無線通信ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、イントラネットなど）を含むが、それらに限定されない。本明細書で示される実施形態は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせを使用して実装されてもよいことが理解される。
【００５８】
図８のクラウドコンピューティングシステム１８００は、例示の目的のみで提供され、本発明を特定の実施形態に限定するものではない。当業者であれば、任意のコンピュータシステムまたはネットワークアーキテクチャを使用して、どのように本発明をプログラムおよび実装するか分かることは明らかである。
【００５９】
示された実施形態は、あらゆる点で、例示的としてのみ、および非限定的として考慮されるものであり、本発明の範囲は、上述した説明に限定されない。当業者であれば、依然として本発明の範囲および本発明の領域内にある、変更形態、置換形態、適合形態、および他の修正形態を認識し得る。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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