地震予知
2011年に発生した東北地方太平洋沖地震では、地震後、森谷武男らが半年ほど前から道内で岩手県からのFM放送波の強度が通常の2-3倍になったことを観測していたと発表、早川らが約1週間前に太平洋上の電離層の境界が下がった(超長波の到達に要する時間で測定している)ことを観測していたと発表、日置幸介が地震の40分前に東北地方上空の電離層で電子数が増えていたことをGPSの受信データから確認したと発表している。
なお地震後では、東北地方太平洋沖地震発生の数分後から、地震発生に伴う大気波動によって電離圏における電子数の変動(電離圏擾乱)が同心円状に起こったことが観測されている。
考えられるメカニズムとしては、地殻内の応力変化が石英などの帯電しやすい鉱物内での電気分極や微小破壊による電荷対形成を起こし電磁波の発生に繋がるという説がある。この節は破壊実験でも確かめられているが、実験室レベルでは試料が小さいためか高周波が主体になるという特徴がある。例えば、花崗岩の高圧破壊実験では300MHz、2GHz、22GHz帯のマイクロ波が照射される。地殻は導電性を持つため電磁波が地中から地上に到達するまでに減衰するが、ULF(300-3kHz)より高い周波数では1km以深になると電磁波が地上に到達しないくらい減衰してしまう。このことから、電磁波は地表に近い地殻の浅いところから放出されているとする説もある。また、大気中では電離層と地表の間が導波管の役割をするため長距離伝播が可能だが、震源域上空で何らかの要因により電離層の密度や高度の乱れが起こることで伝播異常が起こるという説がある。
こうした違いは前兆をふるい分けしているかどうかに起因するもので、扱う際には注意を要する。
ここでは参考として、『地震の事典 第2版』において「地震の前兆(先行現象, precursor)といわれる現象」として紹介されている事例を示す。
前兆検出のための観測の中で異常(anomaly)が発見されても、地震に結び付けられるものは少なく、それ以外のほとんどがノイズである。ノイズの中には原因が明らかなものもあるが、不明なものも多いため、前兆かノイズかの判断は難しくなる。また、前兆の出現範囲は、ふつう地震の大きさに関係があると考えられるが、地震の性質や地下構造によっても異なるだろうと考えられている。これらは、地震予知の困難さの一因にもなっている。
なお、宇津(2001)によれば、日本のように地質構造が複雑な上に気象や海象の変化に富み、かつ社会活動が活発な国は、ノイズが多い傾向があり、大陸に比べると観測環境は厳しいという。
アメリカ合衆国では、核爆発探知を目的とした微小地震観測の研究は最先端であったものの、地震予知については盛んではなかった。1961年の池田勇人・ジョン・F・ケネディによる日米首脳会談の際に締結された日米科学協定の一環として地震予知に関するセミナーが企画される(1964年3月に第1回が実施)など、日本から知識が移入されている。
その後1964年のアラスカ地震により、アメリカでも地震予知が活発になる。1970年代に入るとEarthquake Hazards Reduction Program(EHRP、地震災害軽減計画)が開始された。予知のための物理的基礎と予知手法を研究し、地震活動度が高い地域で実施して評価を行うとともに、歴史的・地質学的基礎の観点から大地震の繰り返しの特徴や地震発生確率を正しく認識することを目標に掲げ、以後長期的に実施されている。
また、地震災害の多いカリフォルニア州では独自の計画に基づいた研究も行われている。特に、パークフィールド地震はアメリカの地震予知のテストサイトとされ、集中的な観測が行われたが、2004年の地震の予知に失敗した。これによりアメリカにおける地震予知に関する期待が縮小したとする向きもあるが、大地震の震源域直近で多くのデータを集めて成果を挙げたことを評価する向きもあり、観測は以降も継続されている。他方、SCECの主導でカリフォルニアの地震予測モデル(Regional Earthquake Likelihood Models, RELM)を作る取り組みが2000年から始まり、このプロジェクトから派生して地震予測モデルの国際実証実験を行うCSEPが誕生した(後述)。
中国地震局(CEA)が研究から発表まで一元的に担っており、観測データを用いて経験的に予知を行っている。地震動によるゾーニング(地震危険度評価)も行われている。直接的には"地震予知管理条例"、"防震減災法"により規定されていて、予知に関する意見は誰でも地震局に報告できる一方で、それを公表する事は制限されており政府の責任で発表される。短期予知は省級自治体が発表することとなっている。
基準を引き下げると前述のようになり、逆に引き上げると空振りが減って見逃しが増える。
また、
地震の発生率 p 0 = M T {\displaystyle p_{0}={\cfrac {M}{T}}}
異常の発生率 q 0 = F T {\displaystyle q_{0}={\cfrac {F}{T}}}
となり、先の2式と併せて q 0 ⋅ q = q 0 ⋅ p {\displaystyle q_{0}\cdot q=q_{0}\cdot p} の関係が成り立つ。
そして、
予知されない地震が長さ τ {\displaystyle \tau } の期間内に発生する確率 r = μ T − F {\displaystyle r={\cfrac {\mu }{T-F}}}
長さ τ {\displaystyle \tau } の期間内の外れ予報率 s = n T − M {\displaystyle s={\cfrac {n}{T-M}}}
確率利得 H = p p 0 {\displaystyle H={\cfrac {p}{p_{0}}}}
となる。確率利得 H {\displaystyle H} は、警戒期間中の地震発生確率が、永年平均的な地震発生確率 p 0 {\displaystyle p_{0}} に対して何倍になっているかを示すもので、値が大きいほどその手法が地震に対して鋭敏である(効率が高い)ことを意味する。