2022 Fiscal Year Research-status Report
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
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20K04091
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 雪粒子成長速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
雪の粒子の大きさ（粒径）は積雪の密度や強度、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。雪は積もった直後から粒径が刻々と変化するが、水を含むと成長速度が速まり急速に粗大化する。水に浸った雪粒子は0℃であるが、本研究では、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、雪粒子の成長が早まる温度条件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。
2022年度は雪粒子の成長速度を測定するため、低温実験室内に設置した恒温水槽内で0.00℃の温度を保ちながら、水に浸した雪試料の粒径分布の時間変化を調べる実験に着手した。雪粒子の粒径分布は、雪氷用MRI（核磁気共鳴画像法）で測定した3次元データに基づいて、3D Distance Transform Watershed Segmentation (3DWS)法で画像解析して求めた。MRIは液体の水からの核磁気共鳴信号のみを検出して描画する装置で、得られた画像を反転させることにより、水以外の部分（ここでは雪粒子）の画像が得られる。実験を行なったところ、恒温水槽内に雪試料の入ったケースを置くために冷媒の循環が妨げられ、設定温度と雪試料の周囲温度が一致しない問題が生じた。0.00℃に保つために設定温度の調整や装置の改良が必要であることを確認した。また、MRIの分解能が0.1 mmであることに加え、MRIによる1回の測定時間を2時間程度に抑えるため、RFパルスを与える間隔（TR）を400 msecとしたところ、画質が不十分で実験初期の小さな粒子（粒径0.1～0.2 mm）の大きさが画像解析で正しく測定できないことが判明した。本研究の目的のためには分解能の高い方法でデータを得られるように手法を改善する必要があることも確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウィルス感染拡大のために、低温室内での実験ができない時期があったため。
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| Strategy for Future Research Activity |
0.0℃の水に4日間程度浸した雪粒子の成長過程をMRIで測定し3D-Watershed法を用いて画像解析した結果、MRIの分解能や恒温水槽による温度管理における問題点が明らかになった。そこで今後はMRIの代わりにX線CTを用いることを試みる。また恒温水槽の冷媒の循環を促すために小型の水中ポンプを導入し、設定温度を調整して雪試料周囲の温度管理の改善を図る。改良した方法で、0.0℃の水に浸した雪粒子の粒径分布の時間変化を求め、対馬(1978)の先行研究と比較して実験手法の妥当性を確認する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染防止のために前年度に実験を中止したことにより繰り越された金額があったため．今後の実験のための出張旅費に使用する．
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