JMA-Magnituden-Skala

Die JMA-Magnituden-Skala (jap. 気象庁マグニチュード, Kishō-chō magunichūdo), kurz M_j oder M_jma oder auch mit großgeschriebenem Index, ist die in Japan von der Japan Meteorological Agency (JMA, Kishō-chō) verwendete Methode zur Messung von Erdbeben-Magnituden.

Die Methode wurde zum 25. September 2003 geändert^[1] und besteht aus 5 Metriken die in folgender Priorität verwendet werden: M_jJ, M_jD, M_jV, M_jd und M_jv.^[2] Sie kombiniert damit Bodenamplituden für große Erdbeben mit Boden-Geschwindigkeitsamplituden für kleine Erdbeben und ist geeignet für Erdbeben beliebiger Tiefe.

Die Berechnungsvorschrift wurde ursprünglich 1954 von Chūji Tsuboi als dimensionslose Kennzahl wie folgt definiert:

${\displaystyle M_{\mathrm {j} }=\log _{10}\underbrace {\sqrt {A_{N}^{2}+A_{E}^{2}}} _{A}\,+1{,}73\log _{10}\left(\Delta \right)-0{,}83}$

wobei A die Bewegung der Oberfläche als maximale Bodenamplitude bezeichnet, gemessen mittels der horizontalen Nord-Süd- ${\displaystyle A_{N}}$ bzw. Ost-West-Komponenten ${\displaystyle A_{E}}$ in Mikrometern bei einer Periode von weniger als 5 Sekunden (in der Praxis etwa 3 Sekunden) und ${\displaystyle \Delta }$ die Entfernung zum Epizentrum in Kilometer.^[3][4]

Sie entspricht im Prinzip linear der Oberflächenwellen-Magnituden-Skala M_S (die jedoch bei einer Periode von 20 Sekunden gemessen wird). So beträgt die Abweichung M_j − M_S bei Beben von M_S > 6,5 lediglich −0,14. Für M_S < 5,0 wächst dies jedoch auf +0,55 an und die JMA-Magnituden-Skala entspricht dann eher der Kurzperiodischen Raumwellen-Magnituden-Skala m_b.^[3]

Für kleinere Erdbeben (M ≤ 5,5) werden weiterhin die Geschwindigkeitsamplituden hinzugezogen und gemäß Kanbayashi und Ichikawa (1977) bzw. Takeuchi (1983) verwendet:

${\displaystyle M_{\mathrm {j} }=\log _{10}\left(A_{Z}\right)+1{,}64\log _{10}\left(\Delta \right)+\alpha }$

wobei ${\displaystyle A_{Z}}$ die maximale Geschwindigkeitsamplitude in cm⁻³/s ist und ${\displaystyle \alpha }$ ein Seismometer-spezifischer Korrekturwert.^[4]

Beide Formeln werden nur für oberflächennahe Erdbeben, d. h. jene mit einer Herdtiefe ${\displaystyle H}$ ≤ 60 km, verwendet. Für größere Herdtiefen wird stattdessen folgende Formel nach Katsumata (1964) benutzt:

${\displaystyle M_{\mathrm {j} }=\log _{10}\left(A\right)+K\left(\Delta ,H\right)}$

wobei der Koeffizient ${\displaystyle K\left(\Delta ,H\right)}$ aus einer Liste entnommen wird.^[4]

Es wird versucht möglichst viele Messstationen heranzuziehen aus deren einzelnen Magnituden dann der Mittelwert berechnet wird.^[4]

Die neue Methode verwendet die fünf Metriken ${\displaystyle M_{\mathrm {jJ} }}$, ${\displaystyle M_{\mathrm {jD} }}$, ${\displaystyle M_{\mathrm {jV} }}$, ${\displaystyle M_{\mathrm {jd} }}$ und ${\displaystyle M_{\mathrm {jv} }}$, die in absteigender Priorität verwendet werden.

${\displaystyle M_{\mathrm {jJ} }}$ wird wie bei der alten Methode für große und oberflächennahe Erdbeben (${\displaystyle H}$ < 60 km) verwendet und entspricht Tsubois Formel, basierend auf den Beschleunigungsdaten der lokalen meteorologischen Observatorien.^[2]

Sollte die JMA nicht die Unabhängigkeit eines Seismometer-spezifischen Korrekturwertes ${\displaystyle C_{D}}$ (= 0,2 für D93-Seisometer) auf die Magnitude (üblicherweise ${\displaystyle M_{\mathrm {j} }\geq 7}$) bestätigen können, wird folgende Formel von Katsumata (2004) verwendet:

${\displaystyle M_{\mathrm {jD} }={\frac {1}{2}}\log _{10}\left(A_{N}^{2}+A_{E}^{2}\right)+\beta _{D}\left(\Delta ,H\right)+C_{D}}$

wobei ${\displaystyle \beta _{D}\left(\Delta ,H\right)}$ die Abhängigkeit beider Parameter voneinander beschreibt.^[2]

Für die Messstation muss dabei ${\displaystyle H}$ > 30 km und ${\displaystyle \Delta }$ < 700 km gelten. Wenn weniger als drei Stationen diese Bedingung erfüllen werden weitere bis ${\displaystyle \Delta }$ < 2000 km hinzugezogen, wobei die Skala dann als ${\displaystyle M_{\mathrm {jd} }}$ bezeichnet wird.^[2]

Für Stationen die ${\displaystyle H}$ > 5 km und ${\displaystyle \Delta }$ < 400 km erfüllen wird eine Skala basierend auf Geschwindigkeitsmagnitude nach Funasaki (2004) verwendet:

${\displaystyle M_{\mathrm {jV} }=\alpha \log _{10}\left(A_{Z}\right)+\beta _{V}\left(\Delta ,H\right)+C_{V}}$

${\displaystyle \alpha }$ ist eine Konstante mit dem Wert 1/0,85, ${\displaystyle A_{Z}}$ ist die maximale Geschwindigkeitsamplitude der vertikalen Komponenten eines EMT-, EMT76- oder E93-Seismometers in 10⁻⁵m/s und ${\displaystyle \beta _{D}\left(\Delta ,H\right)}$ und ${\displaystyle C_{V}}$ analog wie bei ${\displaystyle M_{\mathrm {jD} }}$. Wenn weniger als 4 Stationen diese Bedingung erfüllen werden weitere bis ${\displaystyle \Delta }$ < 1000 km hinzugezogen, wobei die Skala dann als ${\displaystyle M_{\mathrm {jv} }}$ bezeichnet wird.^[2]

Alle diese Magnituden werden für die in Frage kommenden Messstationen einzeln berechnet und gemittelt, anschließend die jeweiligen Stationsmagnituden die um mehr als 0,5 vom jeweiligen Mittelwert abweichen entfernt, und erneut gemittelt. ${\displaystyle M_{\mathrm {jJ} }}$, ${\displaystyle M_{\mathrm {jD} }}$, ${\displaystyle M_{\mathrm {jV} }}$, ${\displaystyle M_{\mathrm {jd} }}$ oder ${\displaystyle M_{\mathrm {jv} }}$ mit einer Standardabweichung ≥ 0,35 bleiben unberücksichtigt.^[2]

• JMA-Skala zur Messung der Intensität

1. ↑ 気象庁マグニチュード算出方法の改訂について. (PDF; 233 kB) In: jma.go.jp. Japan Meteorological Agency, 17. September 2003, abgerufen am 26. April 2024 (japanisch). 
2. ↑ ^{a b c d e f} What is Mj? In: fnet.bosai.go.jp. Broadband Seismic Network Laboratory, Earthquake and Volcano Data Center, National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention – NIED 防災科研, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 11. Mai 2021; abgerufen am 26. April 2024 (englisch). 
3. ↑ ^{a b} Shin’ichi Noguchi: On the Relation between Surface-Wave Magnitude and JMA magnitude. In: Journal of the Faculty of Science, Hokkaido University. Series 7, Geophysics. Volume 6, Nr. 1, 1979, S. 213–224 (englisch, hokudai.ac.jp). 
4. ↑ ^{a b c d} マグニチュード(M)と震度について. In: jma-net.go.jp. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 23. August 2011; abgerufen am 26. April 2024 (japanisch).