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
京都大学大学院理学研究科 竹本修三京都大学大学院理学研究科 竹本修三
(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)
100m Laser Strainmeter System
NEThe Optical Table 2
The Optical Table 1
The Data Acquisition System
The Optical Fiber Cable
CMG-3TSeismometer
①LS1 ( EW)
②LS2 ( NS-EW )
③AbsoluteStrainmeter( NS )
Laser Strainmeter System
Kamioka Observatory
(( Superconducting Superconducting GravimeterGravimeter ))
・・
・ CMG-3T seismometer
Ext.
EW
NS
Original Record
Drift
Atmospheric Pressure Response
Tidal Components
EW Component
hPa/105 -10
Ext.
Atmospheric Pressure Response
Drift
Original Record
Tidal ComponentshPa/103 -10
Ext.
NS Component
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
Tidal analysis
0.E+00
1.E-09
2.E-09
3.E-09
4.E-09
5.E-09
6.E-09
7.E-09
8.E-09
9.E-09
1.E-08
Q1(83.5%) O1(82.0%) P1(69.2%) K1(80.2%) N2(79.8%) M2(82.2%) S2(82.9%) K2(83.5%)
Tidal Constituents
Stra
in A
mpl
itude
Theoretically Expected Observed
Comparison of Observed and Theoretically Expected Tidal Constituents (EW)
0.E+00
1.E-09
2.E-09
3.E-09
4.E-09
5.E-09
6.E-09
7.E-09
8.E-09
9.E-09
1.E-08
Q1(104.3%) O1(97.2%) P1(84.5%) K1(97.1%) N2(90.3%) M2(91.5%) S2(88.0%) K2(86.4%)
Tidal Constituents
Stra
in A
mpl
itude
Theoretically Expected Observed
Comparison of Observed and Theoretically Expected Tidal Constituents (NS)
・ 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).
3
2
1
33
23
13
32
22
12
31
21
11
3
2
1
e
e
e
T
T
T
T
T
T
T
T
T
e
e
e
The relationship between the regional homogeneous strain, the local strain at the observation site, and the topographic effects
StrainShear ,
Strain(NS)Linear ,
Strain(EW)Linear ,
33
22
11
ee
ee
ee
4.5km
×
●1km
N
E
Observatory(h=358m)
Atotsu-River
Takahara-River1.8km
h= - 2000m
×
3D Finite Element Model (243 Elements)
Poisson’s ratioσ = 0.283Young’s modulusE = 67GPa
4.5km
Contour Plot of T11
0.0 0.1-0.08 0.0 0.2-0.2
1.0 1.70.8
●●
●
845.011 T
006.021 T 076.031 T
h=358m
E
N
Contour Plots of T11, T21 and T31
Contour Plot of T31Contour Plot of T21
E
N
displacement
0.0 0.1-0.05
0.0 0.2-0.21.0 1.50.8
●●
●
011.012 T
901.022 T 045.032 T
Contour Plots of T12, T22 and T32
Contour Plot of T12
Contour Plot of T32Contour Plot of T22
E
Ndisplacement
h=358m
E
N
0.0 0.05-0.05
0.0 0.05-0.05
1.0 1.50.7
●●
●
025.013 T
009.023 T 877.033 T
Contour Plots of T13, T23 and T33
Contour Plot of T13
Contour Plot of T23 Contour Plot of T33
E
N
displacement
h=358m
E
N
Matrix representing the topographic effects around the observation site obtained from 3D-FEM analysis
877.0
009.0
025.0
045.0
901.0
011.0
076.0
006.0
845.0
33
23
13
32
22
12
31
21
11
T
T
T
T
T
T
T
T
T
3
2
1
33
23
13
32
22
12
31
21
11
3
2
1
e
e
e
T
T
T
T
T
T
T
T
T
e
e
ee
StrainShear ,
Strain(NS)Linear ,
Strain(EW)Linear ,
33
22
11
ee
ee
ee
0.0E+00
2.0E-09
4.0E-09
6.0E-09
8.0E-09
1.0E-08
1.2E-08
Q1 O1 P1 K1 N2 M2 S2 K2
Tidal Constituents
Stra
in A
mpl
itude
Theoretically Expected (Before the topographic effects compensation)Theoretically Expected (After the topographic effects compensation)Observed
Comparison between Observed and Theoretically Expected Tidal Constituents (before and after the topographic effects compensation)
EW
0.0E+00
2.0E-09
4.0E-09
6.0E-09
8.0E-09
1.0E-08
1.2E-08
Q1 O1 P1 K1 N2 M2 S2 K2
Tidal Constituents
Str
ain
Am
plit
ude
Theoretically Expected (Before the topographic effects compensation)
Theoretically Expected (After the topographic effects compensation)
Observed
Comparison between Observed and Theoretically Expected Tidal Constituents (before and after the topographic effects compensation)
NS
0.0E+000
1.0E-007
2.0E-007
3.0E-007
4.0E-007
5.0E-007
6.0E-007
7.0E-007
8.0E-007
10/39/2008/3108/117/227/26/12 940 950 960 970 980 990
ST
RA
IN
AT
MO
SP
HE
RIC
PR
ES
SU
RE
[h
Pa]
ひずみデータ・気圧データ ( 2003 年 6 月 12 日~ 10 月 2 日: 113 日間)
ext. EW
NS
気圧 台風
0.0e+000
1.0e-008
2.0e-008
3.0e-008
4.0e-008
5.0e-008
08/1208/118/108/98/88/78/68/58/48/3 940 950 960 970 980
ST
RA
IN
AT
MO
SP
HE
RIC
PR
ES
SU
RE
[h
Pa]
EW
NS
気圧
台風時におけるひずみ変化と気圧変化
ext.
8 月 9 日 12時
年日月時 ( )北緯 度 ( )東経 度 (hPa)中心気圧2003 08 07 15年 月 日 時 27.5 128.5 9452003 08 07 18年 月 日 時 28.0 129.0 9452003 08 07 21年 月 日 時 28.4 129.5 9502003 08 08 00年 月 日 時 28.8 130.1 9502003 08 08 03年 月 日 時 29.4 130.8 9502003 08 08 06年 月 日 時 30.0 131.5 9502003 08 08 09年 月 日 時 30.7 132.0 9502003 08 08 12年 月 日 時 31.5 132.7 9502003 08 08 15年 月 日 時 32.1 133.1 9502003 08 08 18年 月 日 時 32.7 133.6 9502003 08 08 21年 月 日 時 33.2 134.0 9502003 08 09 00年 月 日 時 33.7 134.4 9552003 08 09 03年 月 日 時 34.2 134.8 9652003 08 09 06年 月 日 時 34.7 135.4 9702003 08 09 09年 月 日 時 35.5 136.1 9752003 08 09 12年 月 日 時 36.5 137.4 9802003 08 09 15年 月 日 時 37.4 138.8 9852003 08 09 18年 月 日 時 38.4 140.0 9852003 08 09 21年 月 日 時 40.0 141.2 9852003 08 10 00年 月 日 時 41.4 142.4 9852003 08 10 03年 月 日 時 42.8 143.7 9842003 08 10 09年 月 日 時 44.7 146.9 984
2003 年台風 10 号の実際の進路と中心気圧
8 月 9 日 0時
8 月 8 日 0時
8 月 10 日 0時
(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 )
台風位置表
Kamioka Obs.
-50
-40
-30
-20
-10
0
0 500 1000 1500 2000
仮定する台風の気圧勾配
p=p0 ( 1+r/r0 ) -3/2 [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 )
p[hPa]
r[km]
p0 =-50hPa
r0 =500km
ext.
1000
996
992
1004
1008
(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 )
実際の台風と使用したモデルの気圧分布の比較
モデル( P0 =-38hPa , r0 =400km )実際
-5.0e-009
0.0e+000
5.0e-009
1.0e-008
1.5e-008
2.0e-008
2.5e-008
0 500 1000 1500 2000
r[km]
ext.
rと ε r , εθ の関係(計算結果)
ε r
εθ
( P0 =-50hPa , r0 =500km , μ=25.1GPa , ν=0.283 )
-50
-40
-30
-20
-10
0
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000-2000-1500
-1000-500
0 500
1000 1500
2000-50
-40
-30
-20
-10
0
p[hPa]
[km]
[km]
仮定する台風の気圧勾配( p0 =-50hPa , r0 =500km )
rε r
εθ
-5.0e-009
0.0e+000
5.0e-009
1.0e-008
1.5e-008
2.0e-008
2.5e-008
3.0e-008
3.5e-008
08/1208/118/108/98/88/78/68/58/48/3
-5.0e-009
0.0e+000
5.0e-009
1.0e-008
1.5e-008
2.0e-008
2.5e-008
3.0e-008
3.5e-008
08/1208/118/108/98/88/78/68/58/48/3
EW
NS
ext.
観測値
計算値
観測値
計算値
ext.
1.4×10-8
1.4×10-8
台風の荷重影響の観測値と計算値の比較
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 “ To
rsional Modes”• Slichter triplet: (1x10-13 ) (PREM) r
etrograde (4.77h), central(5.31h), prograde(5.98h)
• Core Undertones (1x10-13 )