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「統計と確率の基礎」学術図書,2006,服部哲弥 の宮城県沖地震に関する追記


2011年3月11日(金)午後3時少し前(14:46),東北地方太平洋沖地震が起きました. 震源は宮城県の沖合でしたが, 岩手県,宮城県,福島県,茨城県の沖合までの, 南北400kmにわたって同時連鎖的にプレートがずれ, M9.0の大地震となりました.

「統計と確率の基礎」服部哲弥著

本書は地震についての本ではありませんが, §4.1で,過去の宮城県沖地震のデータを取り上げて, それをある標準的な分布に当てはめる統計学基礎の例題として用い, 「(2005年当時の)次の地震までの期間」の確率分布を推定しました. (この他,§10.4では当てはめたパラメータを用いた尤度による推定の例題, §13.3ではを確率微分方程式を用いた単純なモデルの解として話の出発点で採用した 「標準的な分布」を理解すること,という形で関連する話題を取り上げています.)

そこで,本書の内容から見たとき2011年3月の大地震をどう位置づけるか, あるいはむしろ逆に,2011年3月の大地震から本書の内容をどう見直すか, を追記します.

なお,本書は統計学の基礎教科書ですから,地震に関する知見は含まれません. 既に地震に関する専門家の研究は発表が始まっていて, たとえばこのリンク先のサイトに,多数のサイトへのリンクがあります. (しばらくすると移転してリンク切れすることも多いと思いますのでご注意.)

また, 死者・行方不明者数が神戸大地震をはるかに超え,広い範囲の孤立する被災者 の問題を含めて基幹交通網が未回復であり,加えて, 福島第一原子力発電所が津波の被害で炉と使用済み燃料の冷却機能を失って, 放射能漏れの問題の行方は確定せず, 50Hz地域での電力供給不足が年単位で長期化しすることは確定しています. この現在進行形の状況の中で,本書と同じ水準で以下を書くのは難しく, 暫定的なことしか書けません.以下は覚え書き以下の水準です.


過去の大地震の記録の統計に基づく時期についての予想は当たったのか?

本書では2004年6月執筆時点現在で地震が無かったという条件付きでその後の 経過時間とその時までの地震の発生確率の表を (データに基づいて分布のパラメータを点推定したものに基づいて計算して) 掲げています.2011年3月は本には書いていませんが,同じ方法で計算すると ちょうど25パーセント,そこから8年半ほどの間に全確率の半分(0.5)が入ります (2012年度から始まる新らしい指導要領の高校1年生の数学にある箱ひげ図で言えば, 四分位範囲).過去のデータから見れば前回の地震からの期間が短めとは言え, 時期だけ見れば「全く妥当な,起こるべくして起きた」範囲に入っています.

もっと単純には,掘り起こされていた過去の6回の地震の記録(地震の間隔 のデータとしては植木算で大きさ5)は間隔にして26年強から43年弱の間にあり, 直前の地震が1978年6月にあったことから,その30年後から40年後の間に 今回地震があったことは,統計的には,驚きません.

もちろん,このような統計的推論は, 地震や防災のプロは当然承知していた初歩中の初歩の事項であって, 実際,私が仙台にいた2004年からの5年間の見聞でも,研究者も行政も, 宮城県沖地震は近いとして住民への啓発を続けていました. 備えを具体的に行っていたという意味では,当たったと言えるでしょう.


過去の大地震の記録の統計以外の方法による時期についての予想はあったのか?

たとえば日食などの天体の運行の時刻を 力学で精密に予測できるのと同様の意味で,岩盤の動きや力のかかり具合から 力学の方程式を解いて地震の時期を防災に役立つ程度の正確さで予測できたか? 本書の守備範囲を超えることですが,私は聞いたことがありません.

力学の成功例である天体の運行の予測は,

地震の力学的理解は,広い範囲の岩盤の各部分が相対的に異なる運動を起こす結果 を求めるもので, 「少ない変数で概要がわかり,あとは摂動として厳密に補正を積み上げられる,」 という状況にありません. また,必要な初期値や定数,すなわち,現在の(あるいは過去のどの時点かの) 岩盤の各部分の位置や動きや相対的な力関係を観測することはできていない と思います.

おおむね規則的に見える期間があるが,想定外のことが頻繁に起きて驚かされる, という地震の現状を見ると,複雑系と呼ばれる対象のようです.つまり, 「少ない変数で概要がわかり,あとは摂動として厳密に補正を積み上げられる,」 ということはとうてい不可能であると信じられているように思います. 天気予報は類似の問題ですが,気象については 少なくとも日本の範囲は数平方キロごとに一つ, 基本的な変数を常時観測し自動で気象庁にデータを集約する仕組みを持っています. つまり,少数の変数の問題を数学的に解くことで解決するには複雑すぎる 対象だが, 現状の膨大なデータを時々刻々得ることで,予想の誤差を修正しつつ, 予想の精度を維持できています.それでも

(夕立については,起きたときに察知して,周辺地域に警告する形の予報の仕組み はあって,併用していますが,これは概念としては予想というよりも速報, たとえば緊急地震速報に近いものです.) 他方,地震の場合は, 観測装置を置くことができるか,と考えると, 地上に置く気象観測装置に比べて(費用の意味も含めて)はるかに困難に感じます. もちろん,医療技術のように, 地上から音波や電磁波などを用いて観測する方法などの進歩が続けば, この困難は別の方法でもう少し解消されるかもしれませんが, 現状はかなり分厚い靴の上からかゆいところをかいている素人印象です.


規模は当たったのか?

本書は,発生間隔の統計的推定だけの話なので,規模について語る材料は ありませんが,少なくとも直近の4回(1861年,1897年,1936年,1978年)は M7.4だったので,多くの地震関係の研究者は,宮城県沖地震単発ならば, M7.4程度と推測していたと思います.それ以前の記録に基づいて,と思いますが, さらに沖合の震源との連動ということあたりまでは取りざたされていて, M8を超える可能性についての議論はありました.しかし,南北400kmにわたって, 福島県沖や茨城県沖にある地震の頻発震源まで巻き込むことになったM9.0の 規模の地震を本気で予想した研究者はいなかったはずです. 地震のエネルギーだけでなく, 予想を凌駕した巨大かつ広範囲の津波の被害が想定の範囲外だったことは, 世界随一とまで言われていた防波堤が津波による大規模な被害を防げなかった ことでも明らかです.

ここまでを要約すれば,近く地震が来るという確信の意味では当たっていたが, 人命を守るという最低限の防災の観点からですら, 十分な水準では当たらなかった,ということです.


なぜ防災という観点から十分な水準で当たらなかったのか?

運動方程式を解くという水準が難しいことは,上に概念を書いた以上の詳細は 本書や私の及ぶところではありません.過去の6回の記録と単純化された モデル分布に基づく統計的方法の限界については以下のことを補足します.


予測は無意味だったのか?

以下はエピローグで,分析の下書きですらありません. (気持ちが落ち着いたら消すと思います.) 人智が地震の威力に及ばないならば予測の努力は無駄だったのか?


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