Transcript 超伝導重力計とレーザー干渉計の同時観測

超伝導重力計とレーザー干渉計の
同時観測
（神岡地下施設におけるレーザー伸縮計
を用いた地球ダイナミクスの研究）
京都大学大学院理学研究科 竹本修三
100m Laser Strainmeter System
The Data Acquisition System
The Optical
Fiber Cable
CMG-3T
Seismometer
The Optical Table 1
N
The Optical Table 2
E
Laser Strainmeter System
① LS1（EW）
③Absolute
Strainmeter
（NS）
②LS2（NS-EW）
Kamioka Observatory
（Superconducting Gravimeter）
・
・CMG-3T seismometer
Ext.
EW
NS
EW Component
Ext.
Original Record
Drift
 5 10-10 / hPa
Atmospheric Pressure Response
Tidal Components
NS Component
Ext.
Original Record
Drift
 3 10-10 / hPa
Tidal Components
Atmospheric Pressure Response
Tidal analysis
Data: ・ EW and NS direction linear strain data
obtained from LS1 and LS2 records
・ Atmospheric pressure data
(from June 12, 2003 to October 2, 2003: 113days)
Programs: ・BAYTAP-G (Tamura et al., 1991)
A tidal analysis program
・GOTIC2 (Matsumoto et al., 2001 )
A program for computation of solid earth tide
and oceanic tidal loading effects on lands
Comparison of Observed and Theoretically Expected
Tidal Constituents (EW)
1.E-08
Strain Amplitude
9.E-09
Theoretically Expected
Observed
8.E-09
7.E-09
6.E-09
5.E-09
4.E-09
3.E-09
2.E-09
1.E-09
0.E+00
Q1(83.5%)
O1(82.0%)
P1(69.2%)
K1(80.2%)
N2(79.8%)
Tidal Constituents
M2(82.2%)
S2(82.9%)
K2(83.5%)
Comparison of Observed and Theoretically Expected
Tidal Constituents (NS)
1.E-08
Strain Amplitude
9.E-09
Theoretically Expected
Observed
8.E-09
7.E-09
6.E-09
5.E-09
4.E-09
3.E-09
2.E-09
1.E-09
0.E+00
Q1(104.3%)
O1(97.2%)
P1(84.5%)
K1(97.1%)
N2(90.3%)
Tidal Constituents
M2(91.5%)
S2(88.0%)
K2(86.4%)
・ To explain the discrepancies, we investigated the topographic
effects on tidal strain observation by applying the 3D-FEM
program ANSYS ED (Cybernet Systems Ins.) to the strain data
from June 12 to October 2 (113days).
The relationship between the regional homogeneous strain,
the local strain at the observation site, and the topographic effects
 e1   T11 T12 T13  e1 
 
  
 e2    T21 T22 T23  e2 
 e   T T T  e 
 3   31 32 33  3 
e1 , e1 LinearStrain(EW)
e2 , e2 LinearStrain(NS)
e3 , e3 Shear Strain
3D Finite Element Model (243 Elements)
Takahara-River
×
1km
Observatory
●
(h=358m)
1.8km
×
Poisson’s ratio
σ = 0.283
Young’s modulus
E = 67GPa
Atotsu-River
N
h=－2000m
4.5km
4.5km
E
Contour Plots of T11, T21 and T31
Contour Plot of T11
displacement
N
●
T11  0.845
h=358m
N
E
0.8
Contour Plot of T21
●
T31  0.076
T21  0.006
0.0
1.0
Contour Plot of T31
●
-0.08
E
1.7
0.1
-0.2
0.0
0.2
Contour Plots of T12, T22 and T32
Contour Plot of T12
N
●
T12  0.011
h=358m
N
E
displacement
E
-0.05
Contour Plot of T22
●
T32  0.045
T22  0.901
1.0
0.1
Contour Plot of T32
●
0.8
0.0
1.5
-0.2
0.0
0.2
Contour Plots of T13, T23 and T33
Contour Plot of T13
displacement
N
●
T13  0.025
h=358m
N
-0.05
E
Contour Plot of T23
0.0
Contour Plot of T33
●
●
T23  0.009
-0.05
0.0
E
0.05
T33  0.877
0.05
0.7
1.0
1.5
Matrix representing the topographic effects around
the observation site obtained from 3D-FEM analysis
 T11 T12 T13   0.845  0.011 0.025
 


 T21 T22 T23    0.006　0.901 0.009
 T T T   0.076 0.045 0.877

 31 32 33  
 e1   T11 T12 T13  e1 
 
  
 e2    T21 T22 T23  e2 
 e   T T T  e 
 3   31 32 33  3 
e1 , e1 LinearStrain(EW)
ee2 , e2 LinearStrain(NS)
e3 , e3 Shear Strain
Comparison between Observed and Theoretically Expected Tidal Constituents
(before and after the topographic effects compensation)
EW
1.2E-08
Theoretically Expected
(Before the topographic effects compensation)
Theoretically Expected
(After the topographic effects compensation)
Observed
Strain Amplitude
1.0E-08
8.0E-09
6.0E-09
4.0E-09
2.0E-09
0.0E+00
Q1
O1
P1
K1
N2
Tidal Constituents
M2
S2
K2
Comparison between Observed and Theoretically Expected Tidal Constituents
(before and after the topographic effects compensation)
NS
1.2E-08
Strain Amplitude
1.0E-08
8.0E-09
Theoretically Expected
(Before the topographic effects compensation)
Theoretically Expected
(After the topographic effects compensation)
Observed
6.0E-09
4.0E-09
2.0E-09
0.0E+00
Q1
O1
P1
K1
N2
Tidal Constituents
M2
S2
K2
ひずみデータ・気圧データ
（2003年6月12日～10月2日：113日間）
8.0E-007
7.0E-007
ext.
EW
5.0E-007
4.0E-007
3.0E-007
NS
2.0E-007
1.0E-007
台風
0.0E+000
6/12
7/2
7/22
気圧
08/11
08/31
990
980
970
960
950
940
9/20
10/3
ATMOSPHERIC PRESSURE [hPa]
STRAIN
6.0E-007
台風時におけるひずみ変化と気圧変化
5.0e-008
4.0e-008
ext.
STRAIN
3.0e-008
2.0e-008
NS
1.0e-008
気圧
0.0e+000
8/3
8/4
8/5
8/6
8/7
8/8
8/9
8/10
08/11
980
970
960
950
940
08/12
ATMOSPHERIC PRESSURE [hPa]
EW
2003年台風10号の実際の進路と中心気圧
台風位置表
8月10日0時
8月9日12時
Kamioka Obs.
8月9日0時
8月8日0時
年日月時
2003年08月07日15時
2003年08月07日18時
2003年08月07日21時
2003年08月08日00時
2003年08月08日03時
2003年08月08日06時
2003年08月08日09時
2003年08月08日12時
2003年08月08日15時
2003年08月08日18時
2003年08月08日21時
2003年08月09日00時
2003年08月09日03時
2003年08月09日06時
2003年08月09日09時
2003年08月09日12時
2003年08月09日15時
2003年08月09日18時
2003年08月09日21時
2003年08月10日00時
2003年08月10日03時
2003年08月10日09時
北緯(度)
27.5
28.0
28.4
28.8
29.4
30.0
30.7
31.5
32.1
32.7
33.2
33.7
34.2
34.7
35.5
36.5
37.4
38.4
40.0
41.4
42.8
44.7
東経(度)
128.5
129.0
129.5
130.1
130.8
131.5
132.0
132.7
133.1
133.6
134.0
134.4
134.8
135.4
136.1
137.4
138.8
140.0
141.2
142.4
143.7
146.9
中心気圧(hPa)
945
945
950
950
950
950
950
950
950
950
950
955
965
970
975
980
985
985
985
985
984
984
（気象庁のホームページより
http://www.data.kishou.go.jp/bosai/report/2003/20030807/20030807_d.html）
仮定する台風の気圧勾配
0
ext.
-10
-20
p[hPa]
p=p0（1+r/r0）-3/2
-30
[TRUBITSYN and MAKALKIN, 1976]
（ p0 は中心の気圧=-50hPa, r0 はp が約1/3になる距離=500km）
-40
p0 =-50hPa
-50
0
500
r0 =500km
1000
r[km]
1500
2000
実際の台風と使用したモデルの気圧分布の比較
実際
モデル（ P0 =-38hPa，r0 =400km ）
1004
1000
1008
996
992
（気象庁のホームページより，
http://www.jma.go.jp/JMA_HP/jma/press/0308/13b/t0310.pdf）
rとεｒ ，εθの関係（計算結果）
2.5e-008
ext.
2.0e-008
（ P0 =-50hPa，r0 =500km ，μ=25.1GPa，ν=0.283）
1.5e-008
1.0e-008
εθ
5.0e-009
εｒ
0.0e+000
-5.0e-009
0
500
1000
r[km]
1500
2000
仮定する台風の気圧勾配（p0 =-50hPa， r0 =500km）
0
-10
0
-20
-10
-30
-20
-40
-30
-40
-50
p[hPa]
εｒ
-50
εθ
2000
1500
1000
500
r
-2000 -1500
-1000 -500
0
[km]
500
1000
1500
0
-500
-1000
-1500
-2000
2000
[km]
台風の荷重影響の観測値と計算値の比較
EW
3.5e-008
3.0e-008
2.5e-008
2.0e-008
1.5e-008
1.0e-008
5.0e-009
0.0e+000
-5.0e-009
観測値
ext.
計算値
1.4×108
8/3
8/4
8/5
8/6
8/8
8/7
8/9
08/11
8/10
08/12
NS
3.5e-008
3.0e-008
2.5e-008
2.0e-008
1.5e-008
1.0e-008
5.0e-009
0.0e+000
-5.0e-009
ext.
観測値
1.4×10-
計算値
8/3
8/4
8/5
8/6
8
8/7
8/8
8/9
8/10
08/11
08/12
100m Laser Strainmeter in Kamioka
（Resolving Power：１０－１３）
◎Free Core Nutation （１ｘ１０－１１ ）
◎Incessant Excitation of the Earth’s Free
Oscillations （１ｘ１０－１２ ）
○ Seismic Core Modes（１ｘ１０－１２ ）
△Core Undertone （１ｘ１０－１３ ）
△Slichter modes（１ｘ１０－１３ ）
100m Laser Strainmeter System
+ Superconducting Gravimeter
• Continuous Excitation of Earth’s Free Oscillation
• Separation of “Spheroidal Modes” and
“Torsional Modes”
• Slichter triplet: （１ｘ１０－１３ ） (PREM)
retrograde (4.77h), central(5.31h),
prograde(5.98h)
• Core Undertones（１ｘ１０－１３ ）