2017 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical study of dynamics of pyroclastic flows using shallow-water and eruption-cloud models
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17H02949
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小屋口 剛博 東京大学, 地震研究所, 教授 (80178384)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 雄治郎 東京大学, 地震研究所, 准教授 (30392939)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 火砕流 / 数値計算 / 浅水波モデル / 流体力学 / 重力流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
爆発的火山噴火において発生する火砕流のダイナミクスは，大気の取り込み，堆積作用など，様々な物理過程の影響を受け，未だ，最大到達距離の決定要因などの基本的問題が解明されていない．物理的なモデル化を困難にする主な原因は，火砕流が，火砕物粒子の堆積作用に関わる底部の高濃度重力流と大気中の大局的ダイナミクスを支配する低濃度重力流によって構成され，さらに，両者が全く異なる長さ（厚さ）スケールを持つことにある．本研究では，この問題を回避するため，高濃度重力流に対しては2次元(2D)浅水波モデル，低濃度重力流に対しては3次元(3D)噴煙モデルを適用し，さらに両者の相互作用（粒子やエネルギーの収支）を境界条件として考慮することによって，火砕流のダイナミクスと堆積作用を同時に再現する新数値モデルを構築する．
2017年度においては，二層浅水波モデルの基礎となる「低濃度部，高濃度部の双方に対応できる一層浅水波モデル」を開発し，その成果を論文として国際誌に公表した．また，低濃度部・高濃度部の相互作用の概要調査を行い，その結果を応用して1D二層浅水波モデルとして実装することに成功した．この1D二層浅水波モデルに対してパラメトリックスタディを開始し，成果の一部について論文としてまとめる段階に達した．さらに，本モデルの初期条件・境界条件となる火砕流の供給源の性質を明らかにするために，爆発的噴火における火砕流の発生条件について解析解および3D数値シミュレーションに基づく研究を行い，その成果を論文としてまとめ，国際誌に投稿した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究計画では，当初，以下の4段階の中間目標を設けた．（第1段階）1D二層浅水波モデル，2D二層浅水波モデルの実装と低濃度部・高濃度部の相互作用の概要調査を行う．（第2段階）1D浅水波2D噴煙結合モデルによる安定な数値計算手法を確立する．（第3段階）2D浅水波3D噴煙結合モデルを確立する．（第4段階）並列化による大規模数値モデルの実装を行う．
初年度において，第1段階の基礎となる成果（一層浅水波モデルおよび火砕流の発生条件）について論文公表・投稿まで進捗したという点で，当初の計画以上に研究が進展したと判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度においては，当初計画の第1段階前半の1D二層浅水波モデルの開発を終え，その成果を論文として公表する．また，第1段階後半の2D二層浅水波モデルに関する研究に着手する．さらに，第3段階の2D浅水波3D噴煙結合モデルの確立に向け，第2段階の1D浅水波2D噴煙結合モデルに基づく予備調査を行う．
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