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気象庁震度階級（きしょうちょうしんどかいきゅう）とは、日本で使用されている、地震の揺れの大きさを表す震度階級。通称は震度であるが、「気象庁震度階級」が正式名称というわけではない。「気象庁震度階」とも言う。主に気象庁が中心となって定めたものである。日本独自のものであり他国では使用されていない。
ファイル:Fukuoka-quake1.PNG福岡県西方沖地震 (2005年)の震度分布図。
目次
歴史[]
震度階級の創設と改訂[]
1884年に定められた『地震報告心得』が日本最初の震度階級である。当時は「微震」、「弱震」、「強震」、「烈震」の4段階だった。1898年、微震の前に「微震（感ナシ）」、微震と弱震の間に「弱震（弱キ方）」、弱震と強震の間に「強震（弱キ方）」が追加される。1908年、震度0から6まで7段階の震度階級が明文化される。1936年、「微震（感ナシ）」を「無感」、「弱震（弱キ方）」を「軽震」、「強震（弱キ方）」を「中震」に改称する。
1949年1月の地震観測法改正によりに震度7が設けられ、震度0から7の8段階とされた。これは、家屋倒壊率90%を超えた地区があった前年1948年6月28日の福井地震の被害を、震度6では適切に表現できないのではという声が上がったからだとされている。震度7の基準の1つとして家屋倒壊率30%以上という数値があるが、こういった数値や震度7制定の詳しい経緯はいまだ明らかとなっていない[1]。それぞれの震度には、「無感」、「微震」、「軽震」、「弱震」、「中震」、「強震」、「烈震」、「激震」という名称が用いられた（軽微、強中弱、激烈の表現から採られたという）。
1996年10月1日の震度階級改定により、震度5と6にそれぞれ「強」「弱」が設けられ、10段階となった。これは1995年1月17日に発生した兵庫県南部地震（阪神・淡路大震災）がきっかけであり、この地震で震度5や6だった地域では被害の程度がさまざまで幅が広く、被害の過小評価や過大評価による弊害が発生した。これを受けて、防災効率の向上や復興支援の充実が求められたため、より細かな被害の判定を行うこととなった[1]。なお、これに伴い、「微震」、「軽震」等の名称は廃止された。また、阪神・淡路大震災で気象庁による判定となった震度7を地震計により観測、震度6.5以上が観測された場合に7とした。これと同時に、1978年に制定されていた計測震度の算出式も変更され、震度7の基準は以前の3倍ほど厳しくなった（おおむね400ガル以上から1,500ガル以上へと変わった）。ただし、変更前の震度7の判断基準は計測震度ではなく被害状況であったため、変更は実際の震度に影響を与えていない[2][3]。
その後、岩手・宮城内陸地震や岩手県沿岸北部地震などで、実際の被害の様子とその震度で起こるとされていた被害との乖離が目立ち、2008年夏には震度階級の解説表を見直す検討に入ったことが報道された。耐震工事の普及に合わせて、耐震度別に被害を別記し、高層建築物での被害を新たに加えることなどが検討されている[4]。
震度の測定[]
体感から機械計測へ[]
日本における震度は、全国に配置された計測震度計（seismic intensity meter）という自動計測機器により測定され、発表されている。気象庁震度階級は、その震度での一般的な現象や被害状況を表したものである。
かつては気象台の職員の体感や建物などの被害状況を階級表に当てはめて震度を決定していたが、兵庫県南部地震などの経験から震度が6や7となると判定が難しく遅れがちになることが問題となり、1996年4月からは、計測震度計により観測し発表されるようになった[1]。この5年前の1991年には気象庁が世界初の震度計を開発し試験的に使用していたが、このときから本格的に導入され観測点も増え始めた。
2007年末現在、計測震度計の設置台数は、気象庁の震度情報に利用されているものだけで約4,200台となっており、当初の百数十から大きく増加している。これは言うまでも無く、日本の震度観測網が世界でも類を見ないほど密になっていることを示している。うち、気象庁が管理しているものが約400台、防災科学技術研究所や地方公共団体（都道府県・市町村・その他の行政機関）などが設置したものが約1,800台となっている。
おおむね平成の大合併前の市区町村ごとに1つの地震計を設置し、島嶼部や過疎地ではさらに多めに設置することを目標に整備され、ほぼ網羅されている。
このほかにも、地方公共団体などが設置している震度計で気象庁の情報に利用されていないものや、公的機関がダムや河川などの安全確保を目的に独自に設置しているものも多数ある。
震度計の設置環境[]
震度の信頼性を高めるため、震度計の設置環境には一定のルールがある。設置環境が悪い震度計のデータは気象庁の震度情報に利用されないことになっている。
まず、震度計を設置するのは強固な震度計台の上とされている。震度計は、盛り土や崖などでは揺れが増幅される可能性があることから、地形が平坦で周囲に段差が無く地盤が安定した屋外に設置し、台の下3分の2以上が地面に埋没するようにしなければならない。
また、周囲の構造物などにも規定がある。倒れて震度計に影響を与えかねない木や策などからは十分離れていることが求められる。屋内の場合はなるべく1階の柱に近いところに設置することとし、地下1階～2階までは許されている。免震や制震の工事が施された建物には設置しない。
震度計は、震度計台または屋内の場合は床にしっかりと固定するようにしなければならない。震度計の機種ごとに定められた設置方法を守り、可能ならアンカーボルトなどで固定することが推奨されている。
気象庁は、震度情報へ利用する震度計の選別のため、設置環境をA～Eの5段階で評価している。A～Cは利用可、Dは原則として利用しないが精査した上で利用するもの、Eは利用不可である。
しかし、震度計の設置環境が悪いまま震度情報が利用され、後にその制度が疑問視され訂正された例がある。2008年7月24日の岩手県沿岸北部地震では、岩手県洋野町大野でこの地震の最大震度となる震度6強（後に6弱へ変更）が観測されたが、周辺市町村より際立って大きかったことから調査が行われ、同年10月29日には、大野の震度計は震度観測に不適切な環境として震度データから除外し、最大震度を、6強から6弱に訂正すると気象庁が発表した[5]。大野の震度計はもともと利用可と評価された震度計であったため、このような設置環境の悪化事例がほかの地震計で発生している可能性も指摘されている。
震度の算出式[]
気象庁などが用いている震度計では、加速度計によって揺れを観測している。揺れはまず加速度のデジタル波形として上下動・南北動・東西動の3成分が観測され、以下に挙げるようなプロセスを経て震度が算出される。
- デジタル波形をフーリエ変換によって関数に変換する。
- 震度を求めるのに適した波形が出るようにするため、変換した関数にフィルター処理を施す。関数において波形の周波数に当たる値をf、 x = f 10 {\displaystyle x={\frac {f}{10}}} {\displaystyle x={\frac {f}{10}}}として以下の式に通す。この処理によって、周波数0.5～10Hz（周期2～0.1秒）の範囲内で、加速度と速度の中間的な波形による揺れに修正される。
- 加速度波形と速度波形の中間的な性質の波形になるよう、 1 f {\displaystyle {\sqrt {\frac {1}{f}}}} とする。
- ハイカット（高域除去）フィルタで、 1 1 + 0.694 x 2 + 0.241 x 4 + 0.0557 x 6 + 0.009664 x 8 + 0.00134 x 10 + 0.000155 x 12 {\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {1+0.694x^{2}+0.241x^{4}+0.0557x^{6}+0.009664x^{8}+0.00134x^{10}+0.000155x^{12}}}}} {\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {1+0.694x^{2}+0.241x^{4}+0.0557x^{6}+0.009664x^{8}+0.00134x^{10}+0.000155x^{12}}}}} とする。
- ローカット（低域除去）フィルタで、 1 − exp ( − ( f 0.5 ) 3 ) {\displaystyle {\sqrt {1-\exp(-({\frac {f}{0.5}})^{3})}}} とする。
- フィルター処理した関数を逆フーリエ変換によってデジタル波形に戻す。
- 上下動・南北動・東西動の3成分の波形を合成し、1つの波形をつくる。
- できた波形に以下の処理を施す。
- 波形の絶対値が「ある値」以上になる時間の合計がぴったり0.3秒になるような「ある値」aを求める。これは、震度の算出基準となる揺れの大きさaを、0.3秒間断続した揺れに統一することで、実際の揺れによる被害と算出される震度を近づける狙いがある。
- 計測震度 I = 2 log 10 ( a + 0.94 ) {\displaystyle I=2\log _{10}(a+0.94)} {\displaystyle I=2\log _{10}(a+0.94)} となる。
- 計測震度Iから震度（0～7）を求める（下参照）。
計測震度計が算出する計測震度Iは、まず小数点第1位までのデータが算出され、それをもとに10段階に当てはめたデータを算出し、震度計からデータの処理システムへと送信される。両数値の関係は以下の通り。
| 震度 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5弱 | 5強 | 6弱 | 6強 | 7 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 震度計の 計測震度 | ～0.4 | 0.5～1.4 | 1.5～2.4 | 2.5～3.4 | 3.5～4.4 | 4.5～4.9 | 5.0～5.4 | 5.5～5.9 | 6.0～6.4 | 6.5～ |
| 計測震度の値は気象庁の『震度の算出方法』の値を用いている。 | ||||||||||
計測震度と加速度[]
震度と加速度との間には単純な対応関係がない。地震動の振幅や周期、継続時間なども震度を左右するためである。平たく言えば、加速度が同じでも、地震によってその加速度（=瞬間的な揺れ）が発生した継続時間が異なったり、周期が異なったりすると、体感の揺れや建物の被害が大きく変わり、震度の値も変わってくる。
ただ、参考ではあるが、地震の波形を、一定の振幅で一定の周波数で数秒間継続すると仮定すれば、震度と加速度の対応関係を考えることができる。この仮定に従えば、周期が1秒の場合、約0.6gal以上で震度1、約60gal以上で震度5弱、約320gal以上で震度6弱、600gal以上で震度7となる。また、周期が10秒の場合、約2gal以上で震度1、約200gal以上で震度5弱、約1100gal以上で震度6弱、約2000gal以上で震度7となる。一方、周期が0.1秒の場合、約2.6gal以上で震度1、約250gal以上で震度5弱、約1400gal以上で震度6弱、約2600gal以上で震度7となる。気象庁の震度と加速度のグラフから分かるように、周期約1.5秒のところが、各震度の必要加速度が最も小さく、敏感に反映されるようになっている。これは、被害と計測震度がちょうどよい具合に対応するように調整された結果であるが、近年は震度とその被害の乖離が指摘されるようになった。
震度と防災行動・震度の「重み」[]
テレビ放送での地震速報では、震度3の時は「地震」、震度4の時は「やや強い地震」、震度5弱以上は「強い地震」と地震の強度をコメントすることが多いが、民放では震度6強の地震で「非常に強い地震」と表現することもある（震度3以上の時は、字幕スーパーで全国に伝えるが、NHKでは若干規模の大きい地震の場合には、震度2でもテロップ表示する）。震度7については兵庫県南部地震で初めて適用され、その後、2004年10月23日の新潟県中越地震でも記録した。現在のところ、臨時ニュース等で震度7が速報されたケースはない。
また、行政機関は震度の情報を気象庁などから入手し、その情報を地震発生直後にとるべき行動の判断基準としている。おおむね震度4～5弱以上で警察庁や消防庁、震度5弱以上で海上保安庁や防衛省がそれぞれ被害の調査を行うこととしている。また、震度4以上で内閣府が地震被害の推計、震度6弱（東京23区内では震度5強）以上で内閣危機管理センターに要員が参集される[6]。また各地方公共団体やその他の公的機関でも、多くが震度をもとに地震の際の初動を決めている。
2007年10月から開始された気象庁の一般向け緊急地震速報は、推定される最大震度が5弱以上のときに発表するという基準を設けている。また、高度利用者向けでは、観測で100ガル以上、推定マグニチュード3.5以上とともに推定最大震度3以上という基準がある。
一方で、特に市民の間での認識として、震度計の設置箇所の増加がもたらす震度の『重み』の変化を知る必要がある、と指摘されている。計測震度計の設置以前は観測点が日本全国約160か所の気象官署に限られていたが、現在は約25倍の4,200か所に増えた。地震の震度はほぼ同心円状に変化して分布するが、震度計の密度が高いほどより小さな震度を捉えやすくなる。これにより、現在震度5～6の地震が以前は震度4とされたり、震度3～4の地震は震度1とされたり観測されない場合もあると考えられる。そのため現在は、以前よりも震度の『重み』が軽くなり、その分地震の報告数も格段に増え、各地震の震度も大きくなったことになる[7]。
各震度での周囲の様子と被害[]
1996年9月以前[]
| 震度階級 | |
|---|---|
| 0 （無感） | 地震計（震度計）が検知し、人は揺れを感じない。 |
| 1 （微震） | 静止している人や特に注意している人だけに感じられる。 |
| 2 （軽震） | 人に感じられ、障子などがわずかに動く。 |
| 3 （弱震） | 家が揺れ、戸・障子などが音を立てる。 |
| 4 （中震） | 家が激しく揺れ、八分目ぐらい入れた水が入れ物からあふれ出る。 |
| 5 （強震） | 壁が割れ、煙突が壊れたりする。 |
| 6 （烈震） | 家が倒れる割合が30%以下で、崖崩れ、地割れが起こる。 |
| 7 （激震） | 家屋の30%以上が倒れ、山崩れや地割れができる。 |
- 震度は1996年9月まで0の無感から7の激震まで8段階に分かれていたが、10月以降は5と6を弱と強に分けた10段階とした上で、長年使われてきた烈震や激震などの通称をなくした。
- 震度7を気象庁の調査による判定から地震計による観測に切り替わり、6.5以上を観測した時に7とした。
- 震度改訂前までは、震度7については家屋倒壊が3割以上という基準が設けられていたが、これは震度5・6の観測で適用された。そのため、震度計が設置されていないなどで震度が観測できなかった場合は、適用されなかった。
- 10段階になった背景には、5または6が発生した場合に、同じ震度でも被害の程度が異なる場合が出てきたことにある。
1996年10月以降[]
| 震度階級 | 屋内 | 屋外 | 建物 | 設備・インフラ | 地形 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 地震計（震度計）が検知し、人は揺れを感じない。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 |
| 1 | 地震や揺れに敏感もしくは過敏な限られた一部の人が、地震に気付く。 眩暈と錯覚する。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 |
| 2 | 多くの人が地震であることに気付き、睡眠中の人の一部は目を覚ます。 天井から吊り下げた電灯の吊り紐が左右数cm程度の振幅巾で揺れる。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 |
| 3 | 殆どの人が揺れを感じる。 揺れの時間が長く続くと不安や恐怖を感じる人が出る。 重ねた陶磁器等の食器が音を立てる。 | 風が無い時も電線が少し揺れる。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 | 変化は無い。 |
| 4 | 殆どの人が恐怖感をおぼえ、身の安全を図ろうとし始める。机等の下に潜る人が現れる。 睡眠中の人の殆どが目を覚ます。 吊り下げたものは大きく揺れる。 近接した食器同士がずれて音を立てる。 重心の高い置物等が倒れることがある。 | 電線の揺れがハッキリ確認できる。 木々の揺れが風でないことが分かる。 歩いていて揺れを感じる。座り込むと揺れていることが確認できる。 自動車の運転中に、突風で一瞬ハンドルを取られる感覚に似て、地震の揺れに気付く人がいる。 | 木造: アルミサッシを用いていない古い木造家屋ではガラスが振動して鳴る。 軟弱地盤の湿地等を土地改良した地域に建つ建物は他の地域に比べて大きく揺れる。 老朽家屋では柱と壁に隙間が生じる。 RC造: 瞬間的にアルミサッシのガラスとガラス留めがズレてビシっと音を立てる。 | 一部のエレベーターは地震感知後停止する。その後大きな揺れがなければ自動で復旧するものが多い。 | 変化は無い。 |
| 5弱 | 殆どの人が恐怖感をおぼえ、身の安全を図ろうとする。 歩行に支障が出始める。 天井から吊るした電灯本体を初め吊り下げ物の多くが大きく揺れ、家具は音を立てはじめる。 重心の高い書籍が本棚から落下する。 | 歩行中にふらつく。 | 木造: ガスメーターの自動遮断弁が作動する家屋が出る。 耐震性の低い家屋では筋交い・火打等の倍率が低い部位を中心に応力が集中し壁には亀裂が入り、柱の継手部分が破壊する。 耐震性を謳っている家屋では柱や梁などの接合部分の軋む音が鳴る。 RC造: | 地中埋設された老朽化が著しい水道本管は地下の揺れで水道管の接合部が緩み断水する地域が表われる。 エレベーターは停止し、保守会社が点検を行わなければ運転再開が不可能となる（以下5強以上の揺れでも同じ） | 軟弱な地盤では亀裂が生じることがある。山地で落石、小さな崩壊が生じることがある。 |
| 5強 | 恐怖を感じ、たいていの人が行動を中断する。 食器棚などの棚の中にあるものが落ちてくる。テレビもテレビ台から落ちることもある。一部の戸が外れたり、開閉できなくなる。 | 窓ガラスが割れたり、補強していないブロック塀が落ちてくる。道路にも被害が出てくる。 | 木造:耐震性の低い住宅では壁や柱が破壊するものがある。 RC造:耐震性の低い建物では、壁や柱に大きな亀裂が入るものがある。耐震性の高い建物でも壁に亀裂が入るものがある。 | 停電する家庭が出てくる。ガス・水道管に被害が出て、利用できなくなる。 | 軟弱な地盤で、亀裂が生じることがある。山地で落石、小さな崩壊が生じることがある。 |
| 6弱 | 立っていることが困難になる。 固定していない重い家具の多くが動いたり転倒する。 開かなくなるドアが多い。 | かなりの建物で、窓ガラスが割れたり、壁のタイルが落下する。 | 木造:耐震性の低い住宅は倒壊するものがある。耐震性の高い住宅でも壁や柱が破損するものがある。 RC造:耐震性の低い建物では、壁や柱が破壊されるものがある。耐震性の高い建物でも壁、梁（はり）、柱などに大きな亀裂が生じるものがある。 | 一部の列車が脱線する。エレベーターは機器やシャフトが損傷し、乗客が長時間閉じ込められることもある。 | |
| 6強 | 立っていることができず､はわないと動くことができない。 | 多くの建物で、壁のタイルや窓ガラスが破損、落下する。補強されていないブロック塀のほとんどが崩れる。 老齢の中高木は根元から折れることがある。 | 木造:耐震性の低い住宅は倒壊するものが多い。耐震性の高い住宅でも壁や柱がかなり破損するものがある。 RC造:耐震性の低い建物は倒壊するものがある。耐震性の高い建物でも、壁や柱が破壊するものがかなりある。 | ガス管、水道の配水設備に被害が出、広い範囲でガス・水道が止まることがある。また、一部の地域で停電する。都市ガス会社はこの震度で供給を停止する。 | 震央付近の地域では地割れが確認できる。 植林の少ない地域では山崩れが発生する。 |
| 7 | 落下物や揺れに翻弄され、自由意思で行動できない。 殆どの家具が揺れにあわせて移動する。 数kg程度のテレビ等の家電品が空中を飛ぶことがある。 | 重さ数十kgの墓石の上部が倒れる。 細い中木や高木は根元から折れるものがある。 殆どの建物の外壁タイルが剥離、窓ガラスが破損し地上に落下する。 | 耐震性の高い住宅・建物でも、傾いたり、大きく破壊されるものがある。 | 電気・ガス・水道等の主要ライフラインの供給が停止する。 多くの道路の表装がめくれ、通行が困難になる。 鉄道・高速道路等の広域交通機関が破壊される。 都市機能が消滅し、周辺地域と孤立する。 | 大きな地割れが生じる。 地滑り・山崩れが発生する。 地表部の隆起等で地形が変形する。 |
- 以上の表は『気象庁震度階級関連解説表』に倣い、記述をさらに追加したものである。
脚注[]
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- ↑ 1.01.11.2福井地震50周年特集 震度の歴史と福井地震 なゐふる第9号, pp.4-5, 日本地震学会。
- ↑震度定義推定 鉄道解析ごっこ
- ↑震度 5 強で倒壊の恐れあり？ ストラクチャー
- ↑高層ビルの揺れ、震度の目安に気象庁「解説表」見直し 神崎卓征、大久保泰、朝日新聞、2008年9月1日。
- ↑岩手県洋野町大野の震度データについて－本年７月の岩手県沿岸北部の地震の最大震度を６強から６弱に修正－ 気象庁、2008年10月29日
- ↑気象庁における情報通信 気象庁、総務省 重要通信の高度化のあり方に関する研究会、2007年12月21日。
- ↑第1部地震の基礎知識 1章 大きな地震と小さな地震 防災科学技術研究所。
参考文献[]
- 気象庁 | 気象庁震度階級関連解説表
- 気象庁 | 震度の算出方法
- 気象庁 | 正確な震度観測を行うために 2007年10月24日更新の情報。
- 気象庁 | 震度の階級、JMA Seismic Intensity Scale
- 社団法人日本地震学会：なゐふる：vol.9（日本における震度の歴史）
- 震度の歴史と求め方 岐阜大学地震工学研究室
外部リンク[]
- 全国震度観測点一覧 気象庁
- 震度データベース検索 気象庁、1926年以降の震度1以上の地震の統計。
- 鉄道解析ごっこ 震度と加速度の対応（旧基準）、震度の算出式など。
- 気象庁震度階級表（気象庁告示第四号） 文部科学省、震度の定義と計算式に関する気象庁の告示。
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