2019 Fiscal Year Annual Research Report
An innovative approach to elucidate an excitation mechanism of volcanic oscillation
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16K13872
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
武尾 実 東京大学, 地震研究所, 名誉教授 (00197279)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 火山 / 数理物理 / 固体地球物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，励起源近傍での観測データに非線形動力学や位相幾何学的なアプローチを適用して，その励起源の力学機構の数理構造を推定する手法を開発し，他の多項目観測と併せることで，長周期火山性振動の火山活動における役割が明らかにする．2019年度は，前年度までの研究で明らかにした，2011年の霧島山新燃岳噴火のハーモニックな微動が非線形システムによるリミットサイクルに起因する，という研究成果に基づき，火道浅部で想定される流体制御の機構を組み込んだ数理モデルを構築し，観測されたハーモニックな微動の特徴を再現できるかどうかの検証を進めた．この研究においては，従来の火山性微動の研究で取り組まれてきた微動の振幅スペクトルの特徴だけではなくその位相特性にも注目してハーモニックな微動の励起メカニズムを考察する点が，これまでの研究にない独創的な取り組みである．局所的な位相幾何学的特徴の再現から大域的な振動への切り替えの制御因子として，流体粘性，流路の幾何形状，流体供給源の圧力変動を設定し振動の位相特性変化を調べた結果，供給源における圧力を変化させるだけで，観測された微動の相図上の軌道の時間変化を定性的に再現することに成功した．また，合理的な流体流路サイズを仮定することで，火道内部の流体速度や流路変化の定量的な推定を行い，現実的な物理量で観測事実を説明できることも明らかにした．さらに，この非線形システムの大域的な挙動と自励振動のメカニズムを，同システムのヌルクラインと軌道の関係から解明した．この成果を取り纏め，現在，欧文学術誌に投稿中である．この数理モデルは粘性流体の流動による非線形自励振動についても検討できるモデルとなっているため，西之島の2017年4月18日の再噴火の溶岩流出に先行して観測された周期1.5~1時間の鋸波状の傾斜変動についても，再現可能であるかの検証も進めた．
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