地震警報システム

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/秒程度と比較的ゆっくり伝わる。これに対してP波は約7kmキロメートル/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、個人）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、ガス管の弁を閉め火災を防いだり、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世紀中ば、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。
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。
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や家具の固定が行われていることが前提で、そうでない場所では屋外への避難が有効な場合がある。
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、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。
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。
国際.
先行する緊急地震速報システムに採用されている高感度の地震計は高価であり、地震リスクが高い低所得国では普及に課題がある。そのため、精度は下がるものの低価格のセンサの設置を進めて観測網を展開する試みや、すでに普及しているスマートフォンのセンサなどを利用する試みがいくつか行われている。
2015年に採択された国連加盟国による仙台防災枠組は災害の早期警報システムの可用性とアクセス性を高める目標を掲げており、ユネスコは緊急地震速報に関する国際プラットフォーム（IP-EEWS）を設立、先行的取り組みを行う各国の研究機関が参加して科学的な協力を支援している。
業務向けの主なシステム.
以下は一般公衆向けのいわゆる「警報」とは性格が異なるが、開発史が一部重なり技術的にも関連する。地震動の初期段階で稼働すること（早期警報）に重きを置く制御システム、地震動が終わるまでの観測データから地震の様相を早期に推定する（直後情報）目的の情報システム、両者の複合的なシステムがある。
日本の鉄道事業では、すべての新幹線路線のほか主なJR在来線や一部私鉄で、開発事業者と協力して各自で地震計網を構築し、沿線の地震動の監視と遠方の地震予測を組み合わせて列車の自動停止などを行うシステムを採用している（早期地震警報システム）。例として、東海道新幹線ではTERRA-S、JR東日本の在来線ではPreDAS、東京メトロではFREQLなど。緊急地震速報を利用している事業者もある。
インフラ事業者の中には被害を早期に推定して対応に生かすシステムを運用するものがある。例として東京ガスは自前の地震計網を有しSIGNAL（シグナル）とSUPREME（シュープリーム）により被害推定、機器制御を行う。
政府・行政が災害応急対策のために運用するものがある。日本の内閣府は地震後の被害推定を行う地震被害早期評価システム（EES）を構築している。自治体の例では、横浜市は自前の地震計150か所のデータから揺れ・液状化・建物倒壊率の推計を算出して対応に生かすシステムを1998年に導入した。専門機関の防災科学技術研究所は地震計データから震度分布と遭遇人口などを算出するJ-RISQ地震速報を公表している。アメリカでは地質調査所がPAGER（Prompt Assessment of Global Earthquakes for Response）を運用しており、発生から30分以内に、死者数・被害額と災害の深刻度レベルを算出する。これは全世界の地震が対象。
日本では都市ガス・プロパンガスともに、各家庭のガスメーターは一定以上の揺れを検知すると自動で遮断する機能が標準となっている。エレベーターでは地震を感知して最寄り階に停止する機能が設置時の標準となっている。産業分野においては、原子力発電所では地下の地震計で強い揺れを検知すると制御棒を挿入して自動停止する。他にも感震計を用いた制御の例は多岐に亘る。
研究中の技術.
地震波より早く光速で伝わる重力の摂動が、地震発生時の地殻密度の変化に伴い発生することが2010年代半ばに分かっており、prompt elastogravity signals（PEGS、即時弾性重力シグナル）と呼ばれている。しかし、広帯域地震計でもごく僅かな値であり、ノイズとの区別や、マグニチュード8以上とされる検出限界を下げることが課題とされる。東京大学では宇宙物理学と地震学の研究者が高感度の重力勾配計の開発を行っており、実用化され観測網が展開された場合は警報を現状より10秒程度早くできる可能性があるという。