2022年1月15日13時15分頃(UTC 同日04時15分頃)、トンガの火山フンガ・トンガ＝フンガ・ハアパイ火山で非常に大規模な噴火が発生しました。日本でも津波警報が発表され、最大1mを超える津波が観測されました。
我々は地震計、気圧計、海底津波計のデータを利用して、津波と火山の衝撃波を分析しました。 その結果、津波はトンガから同心円状に伝播し、その速度は概ね音速と一致することが分かりました。
また、気圧計の記録には長周期(50分)のパルスが記録されており、このパルスも音速で同心円状に伝播していることが分かりました。
もし、津波が火山の山体崩壊に伴う海面変化によるものだと仮定すると、津波の速度は平均的には音速よりも遅いため、この津波到達時刻の観測値を説明することができません。
このことから、火山の噴火によって発生した非常に強い衝撃波が大気Lamb波となって地球表面を伝播し、この衝撃波による気圧変化が海面を変化させて、津波を励起したと考えられます。
（文責：山田真澄、Tung-Cheng Ho)
図1 津波の到達時刻(△印）と気圧計に記録されたパルスの到達時刻（〇印）をプロットしたもの。白丸は概ね音波(v=0.3km/s)の波面を描いている。右下の数字はUTC時刻(日本時刻-9時間)。
Fig1. Tunami arrival (triangle) and shock wave arrival (circle).
図2 日本付近において、津波の到達時刻(△印）と気象庁アメダスの気圧とウェザーニューズの気圧(19時からの差分、hPa）をプロットしたもの。右下の数字は日本時刻。
Fig2. Tunami arrival (triangle) and pressure change (circle) around Japan.
図3 周期3000秒(50分)の大きなパルスの最大振幅到達時刻と、気圧計の波形記録をトンガからの距離の順に並べたもの。偏西風の影響により、東側の観測点には少し早く到達している。
Fig3. Shock wave arrival and pressure waveforms.
図4 トンガからの距離によって並べたF-net南北成分の波形。伝播速度は概ね音速と一致する。長周期の成分の方が到達時刻が早い。
Fig4. NS component of the F-net stations.
図5 トンガからの距離によって並べたF-net上下成分の波形。伝播速度は概ね音速と一致する。水平成分と比較すると、上下成分の長周期の振幅は極めて小さい。
Fig5. UD component of the F-net stations.
図6 トンガからの距離によって並べたNOAAの海底津波計の波形。伝播速度は概ね音速と一致する。
Fig6. Tsunami waveforms recorded by NOAA.
図7 IRISの観測網によって記録された襟裳岬の波形。上：周期100-500秒の水平成分地震動、中：周期10-100秒の水平成分地震動、下：気圧波形。気圧計には25分ほどの幅の大きなパルスが記録されており、この大気Lamb波が津波を励起した要因と考えられる。
Fig7. Seismic waveforms and pressure data in Erimo, Japan, recorded by IRIS.
参考文献：
気象庁：令和４年１月15日13時頃のトンガ諸島付近のフンガ・トンガ-フンガ・ハアパイ火山の大規模噴火に伴う潮位変化について https://www.jma.go.jp/jma/press/2201/16a/kaisetsu202201160200.pdf気象庁：令和４年１月15日13時頃のトンガ諸島付近のフンガ・トンガ-フンガ・ハアパイ火山の大規模噴火に伴う潮位変化について(第２報) https://www.jma.go.jp/jma/press/2201/16b/kaisetsu202201161415.pdf
東京大学地震研究所：【研究速報】2022年1月15日13時頃（日本時間）のフンガ・トンガ-フンガ・ハアパイ火山の噴火 https://www.eri.u-tokyo.ac.jp/news/15712/
防災科学技術研究所：トンガ諸島付近における大噴火に伴う防災科研の海域観測網（S-net, DONET）で観測された水圧変動 https://quaketm.bosai.go.jp/news/20220115/
謝辞：
本研究では、防災科学技術研究所のS-net、F-net、DONETのデータ、気象庁の津波検測記録とアメダスのデータ、ウェザーニューズの気象観測機「ソラテナ」の気圧データ、IRISの気圧データ、NOAAの海底津波計データ、高知工科大学のインフラサウンド観測ネットワークのデータ、関西地震観測研究協議会の地震観測記録を利用しました。ここに記して謝意を表します。