電磁プラズマ波の広域遠隔観測とディープラーニングによる地殻活動検知の実証研究

电磁等离子体波广域远程观测与深度学习地壳活动探测示范研究

基本信息

批准号：
21K04059
负责人：
藤井雅文
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、電磁気学、電磁波工学および電子物理化学を基礎とする新しい原理の短期地震予測法を確立することを目標とし、地震の前に地殻の岩盤に圧力が加わることにより内部から膨大な電荷が放出され地上に出現し地表面プラズモンとして振動、伝搬し上空の電波伝搬に影響を及ぼすことを検証してきた。実験観測において、その証拠となる偏波依存した地震前兆信号を検出することに成功した。複数の観測拠点をネットワークで結び、各地の観測データをリアルタイムで取得し解析できるシステムを作成した。本システムを用いて、複数の比較的大規模な地震の数時間前に異常な電波伝搬信号を検出した。特に、２０２２年３月１６日の福島沖M7.4の地震等の直前に明瞭な電磁波異常を観測し、その異常信号が地震に関連する根拠を得た。これらの観測データの発生状況と同等の環境を構築するため、３次元デジタル国土地形データおよび超並列スーパーコンピュータを用いて有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）による大規模数値シミュレーションを行い、山地、河川、海岸などの地形が地表面プラズマ波の伝搬に及ぼす影響を解析した。その結果、地表面に電荷が出現した状況では偏波に依存する電磁波の異常な回折が生じることを示すことに成功した。また、その異常回折波の特性を詳細に解析し、地形のランダムな形状により電磁波が多くの収束したビームを形成しランダムな方向へ散乱する様子を明らかにした。これにより、観測データを説明可能な物理的機構を明らかにし、この理論に基づき電磁波の観測を実施することにより地震の短期予測を可能にできることを示した。さらに、これまでの観測データをもとに、異常電波伝搬を予測する深層学習プログラムを作成し、今後の短期地震自動予測を実現するための検討を実施中である。

这项研究旨在建立一种基于电磁学，电磁波工程和电子物理化学的新原理的短期地震预测方法，并检查了，当在地震前向地壳的岩石施加压力时，大量电荷就会从内部释放出大量的电荷，并在地面上出现在地面上，地面会呈现在地面上的潮流。在实验观察结果中，我们成功地检测了作为证据的极化依赖性地震前体信号。创建了一个系统，该系统通过网络连接多个观察中心，以实时获取和分析来自各个位置的观察数据。该系统用于在多个相对较大的地震发生前几个小时检测无线电传播信号。特别是，在2022年3月16日在福岛海岸发生地震之前，观察到明显的电磁异常，并获得了异常信号作为地震的基础。为了创建相当于这些观察到的数据的发生的环境，使用3D数字国家地面数据进行了大规模数值模拟，并使用有限的差异时间域方法（FDTD方法）进行了大规模平行的超级计算机，以分析地形，河流和海岸的地面地面等质量波的传播中的地形效果。结果，我们成功地表明了电磁波的异常衍射（取决于极化）发生在电荷出现在地面上的情况下。另外，详细分析了异常衍射波的特性，揭示了由于地质的随机形状和随机散布的随机方向，电磁波如何形成许多收敛的梁。这揭示了可以解释观察到的数据的物理机制，并表明可以通过基于该理论进行电磁波观测来实现地震的短期预测。此外，根据先前的观察数据，正在创建一个深度学习计划来预测无线电波的传播，目前正在研究以实现未来短期地震的自动预测。