長周期地震動
2003年の十勝沖地震の長周期地震動によって、北海道苫小牧市の石油コンビナートでスロッシング(石油タンク内の石油の共振)によりあふれた石油に引火して火災が発生した。
高層建築が地震動で共振するような場合、これは接地面を固定端、最上階を開放端とする自由振動に近く、波動の位相が90°となる場所で振幅が最大となる。このため、低層建築物・中層建築物などではほとんど揺れを感じないが、高層建築物などでは高い階に行けばいくほど揺れが強くなる。また2次の振動モードで共振するような場合は、中層階に振動の“節”が現れ震動が少なくなるということも起こる。
建造物の固有振動数は、その形状、構造、構成する物質の密度、弾性係数、支持の方法などで決まるが、高層建築では振動数が低く長周期となることが一般的である。一般的な鉄筋コンクリート造および鉄骨造では以下の式で略算が可能とされる。
鉄筋コンクリート造
固有周期=0.02×建物の高さ(m)
鉄骨造
固有周期=0.03×建物の高さ(m)
大阪管区気象台で想定される南海地震の卓越周期は南北方向でおよそ4.8秒とされ、これを鉄骨造階高4.5mのオフィスビル、鉄筋コンクリート造階高3.4mのマンションに当てはめると共振しやすい階高はそれぞれおよそ35階、70階となる。しかし地震動には卓越周期以外のものも含まれ、略算式も線形ではなく、共振の効果は持続時間の長いものが優勢となるため簡単ではない。
シミュレーションでマグニチュード8クラスの地震が新潟県中越地方で発生したと想定し名古屋市内にあるビルの30階の揺れを再現したところ、1周期だけで約10mほどまで大きく揺れ、逆に短周期の場合は低層建築物に揺れが生じ、高層建築物に揺れが起きにくいという結果が得られたという。
最大の「階級4」は2016年4月15日に初めて観測され、これは同日未明に発生した熊本地震の前震活動に伴うもので、熊本県宇城市松橋町で観測され、その翌16日1時25分の「本震」で2回目の「階級4」が観測された。3回目は2018年9月6日の北海道胆振東部地震で観測されている。また、2021年2月13日の福島県沖地震において、本運用移行後初めて「階級4」が観測された。
なお、2013年3月以前の地震についても、2004年の新潟県中越地震や2011年の東北地方太平洋沖地震(東日本大震災)で「階級4」相当の長周期地震動が発生していたことがその後の解析で判明している。東日本大震災では「階級4」相当の揺れが宮城、山形、福島の東北3県のほか、関東地方や東海地方にも解析されている。
気象庁は、2023年2月1日より緊急地震速報の発表基準に長周期地震動を加えることを明らかにした。また同時に、これまで気象庁ホームページ上でのみ発表されていた長周期地震動階級などの観測情報について、震度などと同様にオンライン配信を行うことも発表した。