2019 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．
2019年度においては，2017-8年度に開発した「1D二層浅水波モデル」に対して広範なパラメトリックスタディを行い，マグマ噴火・マグマ水蒸気噴火など多様な噴火様式における火砕流の到達距離の支配要因について明らかにした．この成果の一部については，論文として国際誌に公表した．さらに，開発した1D二層浅水波モデルに対して，他研究機関における室内実験との比較に基づくベンチマークテストを行い，当該モデルの有効性を確認した．ベンチマークテストの結果については，現在，論文としてまとめている．一方，2018年度までの成果に基づいて，2019年度から，複雑な地形を持つ地表面を拡大する現実の火砕流のダイナミクスを再現するための「供給源を自由に与える2D高濃度浅水波モデル」の開発を行なった．この2D高濃度浅水波モデルについては，3D噴煙モデルとの結合の作業にも着手している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究計画では，2018年度以降，以下の中間目標を設けて研究を進めている．（第1段階）低濃度部・高濃度部の相互作用を記述する1D二層浅水波モデルを開発する．（第2段階）1D二層浅水波モデルのパラメトリックスタディに基づいて低濃度部・高濃度部の相互作用を精査し，二層浅水波モデルの安定な数値計算手法を確立する．（第3段階）「供給源を自由に与える2D高濃度浅水波モデル」を開発する．（第4段階）2D高濃度浅水波モデルの並列化を行うとともに，2D浅水波3D噴煙結合モデルの開発を進める．
2019年度までに，第2段階の1D二層浅水波モデルについて，論文として成果が公表された．また，2018年度より着手している第3段階の「供給源を自由に与える2D高濃度浅水波モデル」についても予察的結果を得ることができた．第2段階の成果について論文公表・投稿が完了した点では，当初の計画以上に研究が進展したと判断される．また，第3段階の「2D高濃度浅水波モデルの数値計算手法の開発」についても，2019年度繰越分の執行時点で第4段階の並列化を含めた開発が済んでおり，全体として，概ね計画通りに進んでいると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度（最終年度）執行分については，第3段階で開発した「供給源を自由に与える2D高濃度浅水波モデル」についてパラメトリックスタディを行うとともに，最終目標である，第4段階の「2D浅水波3D噴煙結合モデル」の開発を進める．本課題で開発された「1D二層浅水波モデル」，「供給源を自由に与える2D高濃度浅水波モデル」，「2D浅水波3D噴煙結合モデル」の全てに対して，他研究機関における室内実験との比較に基づくベンチマークテストを行ない，モデル間の整合性を確認した上で，本課題全体の成果を取りまとめる．
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Research Products
(11 results)
