MRI(核磁気共鳴画像法）を用いた水に浸った雪粒子の急速成長過程の研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04091
• Research Institution: Forest Research and Management Organization
• Principal Investigator: 竹内 由香里 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (90353755)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒川 逸人 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 雪氷防災研究部門, 主幹研究員 (00833774) ; 島田 亙 富山大学, 学術研究部理学系, 准教授 (70401792)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 雪粒子の成長 / 過冷却 / MRI

Outline of Annual Research Achievements

雪は積もった直後から粒子の大きさ（粒径）が刻々と変化するが、水を含んだ途端に成長速度を速めて急速に増大する。このような雪粒子の成長過程は雪氷学の基礎であるが、雪の粒径が積雪の密度や強度、透水性、アルベドなどの物理的な性質を左右する重要な要素であるため、雪氷学のみならず、自然災害科学や地球科学的な研究においても重要である。
本研究では、0℃の場合より速く成長すると推測される過冷却状態の水に浸した雪粒子の変化をMRI（核磁気共鳴画像法）を用いて非破壊で測定することを目指す。温度条件を変えて水に浸った雪粒子の成長過程を解明し、水の過冷却度合いを考慮して雪の粒径変化を表す新しい「雪粒子成長モデル」を構築することを目的としている。
今年度は、雪の試料を水に浸した状態で、温度管理しながらMRIで測定するための装置を製作するため、0.01℃まで制御でき、プログラム機能付きで温度変化できる恒温槽を購入した。恒温槽の電源は100V20Aのコンセントが必要であり、既存のコンセントでは使用できないため、恒温槽を設置する実験室のコンセントを取り替えて設備を調えた。また本研究では雪の温度を高精度で測定することが大変重要であるので、湿った雪の温度を0.01℃の精度で測定しパソコンで記録するための試験を繰り返し行なった。0.01℃の精度で測定する際には、パソコンの電源アダプター等から発生するノイズの影響を受けることが判明したため、アダプターや電源ケーブル、信号ケーブルのノイズ対策を施した結果、安定して温度を測定することが可能になった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

装置が完成したら、0.0℃の水に浸した雪粒子の成長過程をMRIで測定する計画であったが、新型コロナウィルス感染防止のために低温室での実験を延期したため。

Strategy for Future Research Activity

準備した恒温槽や温度測定装置を使用して、0.0℃の水に浸した雪粒子の成長過程をMRIで測定する。測定データを3D-Watershed法を用いて画像解析し、粒径分布の時間変化、さらに雪粒子の成長速度を求める。得られた結果を対馬(1978)の先行研究と比較し、実験手法の妥当性を確認し、必要であれば装置を改良する。

Causes of Carryover

新型コロナウィルス感染防止のために年度内の実験を取り止めたため、出張旅費を使用しなかった。次年度の実験のための出張旅費に使用する。