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本研究は、永久凍土地帯で深刻化する温暖化によると思われる地形変化や崩壊を、大気から地表面を経て永久凍土層に至るまでの鉛直方向の凍結融解モデルと、二次元平面空間での地下水流動モデルを組み合わせた疑似三次元広域シミュレーションモデルにより再現し、その原因と抑止対策を考えるものである。本研究では、この手法に基づき、積雪による冬期断熱効果と融解期における融解水による浸透流や土壌水分量変化、さらには夏期の地表面蒸発量などを取り込み、地下水流動をはじめとする永久凍土地帯の地盤内で発生している現象を、広域数値シミュレーションにより解明を試みるものである。
永久凍土地帯における積雪は地中の温度低下に対しては断熱効果を発揮する一方、融解すると地中に浸透して地下水位上昇に寄与するため、その影響も評価できるモデルを構築した。このモデルの妥当性を確認するため、長年地中の温度分布が計測されているアラスカ・フェアバンクスでの計測結果等を参考に、シミュレーション解析との比較を行うとともに、現地で発生している地表面沈下に関するInSAR分析結果との検証も行い、その妥当性を検証した。
これらの研究成果を受けて、東シベリア・ヤクーツク郊外にあるマイヤ地区での大規模森林火災跡地を対象に、現象解明を試みた。近年、永久凍土地帯などの極寒冷地域における大規模森林火災の頻発が報告されており、気温上昇や降水量の変化とあいまって、大規模な地形変形の発生が懸念されている。本研究により森林火災による植生の喪失がもたらす大規模な地表面沈下の予測は、InSAR画像分析等から観測された経年的地盤沈下との良い整合性を見せ、当該地域において急速に進む環境と地形変化の関係性を裏付ける現象の説明ができたものと考える。本研究で得られた成果は、今後発生する気象擾乱による環境変化の予測に大いに活用できるものと考える。
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