「京」を知る集い in 名古屋

スパコンで挑む地震と津波の⾼高精度予測と災害軽減
前⽥田 拓⼈人
東京⼤大学 情報学環 総合防災情報研究センター

1. 巨⼤大地震と複合災害：東北地震の場合
2. 「京」による超⼤大規模シミュレーション
3. 災害軽減に向けて

東北地⽅方太平洋沖地震 　Ｍ９地震と震源域

2011年東北地⽅方太平洋沖地震 （M9.0）
2007年新潟県中越沖地震（M6.8）
1995年兵庫県南部地震（M7.3）

想定宮城県沖地震（M7.5-8.0）

1923年
関東地震（M7.9）

想定 　東海・東南海・南海地震（M8.4-8.7）=>M9想定へ★地震の⻑⾧長期評価とその限界 　・数百年の地震履歴à次を予測 　・M7.5-8.0（99％）à 実際M9.0

東北地⽅方太平洋沖地震： ⼤大加速度、⻑⾧長い継続時間★揺れの可視化 　防災科学技術研究所 　K-NET/KiK-net 　強震観測網 　1800 観測点

揺れの強さ（加速度）

2 G	
P	S	

P2	
S2	Miyagi	

Fukushima	

Tokyo	

東北地⽅方太平洋沖地震： 液状化による地盤被害★強い揺れによる液状化の発生・強い加速度+長い継続時間
・緩い砂地盤（埋め立て、河川流路）
・高い地下水位
過去に液状化の起きた地点（若松ほかによる）	

千葉県 幕張 浦安	

2G	
1分	

東北地⽅方太平洋沖地震 ： ⻑⾧長周期地震動の⽣生成
揺れの強さ [cm/s]	

M9.0	

M6.8	

速度応答
スペクトル	
減衰5%	
固有周期 [秒]	

東北地⽅方太平洋沖地震 ： 地震による地殻変動★地震地殻変動の可視化 　国⼟土地理院GEONET
GPSリアルタイム観測網 　1200点
地⾯面の動き (cm)
東⼤大地震研530 cm

5 cm

120 cm

上下

⽔水平60 cm

海底ケーブル津波計が捉えた、沖合の⼤大津波
6沖合で5mを超える⼤大津波

5

Relative Sea Height [m]4

2⽇日前の前震の100倍！

3TM12TM2

切断

10-1
0

200

400
600
800
1000
1200
Elapsed Time from the Earthquake [s]1400

釜⽯石沖ケーブル津波計（東⼤大地震研、東北⼤大）৉൜ऋ‫ূؚع‬વਲ৉൜ऋ‫ع‬ূਲ৉൜मधઅइैोथःऽघ‫؛‬
複合災害の恐怖વਲ‫ূ؞‬ਲ৉൜भ৴৿৅েभ୶஭
宮城県⼥女女川町@2011/8/21‫ূ؞‬વਲ‫ূ؞‬ਲ৉൜ऋ৴৿खथ৊ৎ৅
म‫ؚ‬ਐযਰ঱ऋ൜২‫ڲ‬ൠਰ঱भਘ
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地殻変動＋津波ਘऎ৅েख‫ؚ‬தৈಽঅঝಉऋপऌऎশ
による浸⽔水ुँॉऽघ‫؛‬औैप‫ؚ‬৉൜पेॊ৉ᅊ
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地震＋津波被害भ૤෉ऋ૑ਏदघ‫ ؛‬避難場所になり得るはずの建物が・・ඤକ

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• 地震・津波・地殻変動
ਘ൜৿‒
これまでバラバラに考えてきた災害の複合効果भ‫گ‬ऽघ‫ ‒ ؛‬東北地⽅方太平洋沖地震特有の現象では無い。
૬ऐ
これからも繰り返す。

ॆअஸణ観測ーシミュレーション融合
地球の監視、未来予測

観測ーシミュレーション融合 　次世代津波防災システム
K-Computer@ RIKEN(2) ⾼高速スパコン(3) 津波予測、 　 　浸⽔水予測

波源域

沿岸津波
⾼高予測

(1) 沖合津波観測（初期津波）

海洋研究開発機構DONET

津波被害予測海底ケーブル
津波計

地震の「実験場」としてのスパコン• 計算機の中で地震を起こしてみる・・・被害想定に寄与

過去の地震に学ぶ：東北地⽅方太平洋沖地震のシミュレーション（１）地下構造モデル	

（２） 震源断層モデル(Lee et al., 2011)	

800 km	

3D FDM （差分法）計算- 800*1200*200 km@1.0*1.0*0.25 km- f=0.5 Hz (Vs_min=0.5 km/s)- K-computer 2304 nodees- CPU Time: 1 hour@K	

運動方程式	!

!v p !! xp !! yp !! zp=+++ fp!t!x!y!z" !U x !U y !U z %" !U p !U q %! pq = " $++#+µpq$# !q + !p '&# !x!y!z '&そもそも、シミュレーションって？
• 地震のゆれ＝バネの運動‒ 地⾯面のなかがのびたり、ちじんだりねじれたり（防災科研)	

• ⾼高校で習う ma=F の運動⽅方程式ほとんどそのまま‒ ただし⼈人は解けない: スパコンに解いてもらう• 現象を記述する運動⽅方程式（物理・数学を考える）→ 離散化（コンピュータに解りやすい表現を考える）→ ⽅方程式の解き⽅方を考える（これも⼈人間が考える）→ 解き⽅方をプログラミング （もう疲れたよ・・・）• より深い地球の理解が⾼高精度化に直結

「超」⼤大規模並列計算へのチャレンジ
K@RIKEN:
86000ノード• 複数のノードを同時に活⽤用すること
で⾼高速計算・・・特に「京」はかつて無い⼤大規模並列を要求• 理研チームのスーパーサポート• 既に12,000ノード超の⼤大規模並列計算に成功

⽇日本列島を細かな領域に分割

計算速度UP

ES2@JAMSTEC
160ノード複合災害評価に向けたあたらしい⽅方法の開発" vx "# xx "# xy "# xz!
=++"t"x"y"z" vy "# yx "# yy "# yz!
=++"t"x"y"z" vz "# zx "# zy "# zz!
=+++ ! g0"t"x"y"z③津波	

• 地震津波地殻変動の複合災
害をまるごと全部シミュレーション
重力項	

③水中音波	
②地殻変動	
①地震動

• 重⼒力力場中の地震動̶—地殻変動
̶—津波統⼀一シミュレーション（Maeda&Furumura, 2011)• 莫⼤大な計算量のため、昔はやろうとすら考えなかった・・・「京」ならではの研究

地震ー津波同時シミュレーション★重力付運動方程式
・地震動、地殻変動、津波を同時評価
・巨大地震の複合災害	

★暫定モデル（1kmメッシュ）ES 24ノード＊8時間計算	

京コンピュータ	

観測地震動の再現
大地震の強い揺れの再現・予測	

地震波形の再現性	
計算	(A) 高密度強震観測
1800地点の観測

比較	(b) 大規模シミュレーション

青森	

観測	
岩手	

宮城	

福島	

茨城	

千葉	

ただのテストではなく、東北地⽅方太平洋沖地震発⽣生過程の理解にも寄与

静岡	

南海トラフ地震における⼤大連動の可能性？
（１）巨⼤大地震の津波堆積物 　・宝永地震の2~５倍 　・⾼高知、徳島、九州東岸

宝永地震	

津波堆積物調査（⾼高知、蟹ガ池）
⾼高知⼤大：岡村・松岡（2008）

康和地震	

天武地震	

（２）海溝軸プレート境界の痕跡 　・地震性（⾼高速）滑り？

紀元
300-600	

紀元前後	

蟹ガ池
（高知）	

小川溜（徳島）	

ちきゅう深海掘削（JAMSTEC）

龍神池
（大分）	

海溝	拡⼤大？

図： JAMSTECによる	

防災へのチャレンジ
地震津波シミュレーションの⾼高度化

地下構造・地震発⽣生モデルの⾼高度化

建物・被害予測の⾼高度化