2012 Fiscal Year Annual Research Report
３次元噴煙モデルとレーダー観測による火山灰拡散降下モデルの高度化
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24244069
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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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, 助教 (30392939)
小園 誠史 東北大学, 理学研究科, 助教 (40506747)
眞木 雅之 鹿児島大学, 地域防災教育研究センター, 特任教授 (10360364)
前坂 剛 独立行政法人防災科学技術研究所, 観測予測研究領域, 主任研究員 (70450260)
萬年 一剛 神奈川県温泉地学研究所, 研究課, 主任研究員 (70416080)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 火山噴煙 / 火山灰降下 / 数値計算 / 気象レーダー観測 / 火山防災 |
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| Research Abstract |
爆発的噴火に伴う火山灰拡散・降下は，航空機航行障害などの原因となるため，その高精度観測と予測が急がれている． 本研究は，申請者らが開発した3次元噴煙モデルとレーダー観測技術を応用し，新たに「供給源の物理過程を考慮した移流拡散モデル」を開発することを目的とする．具体的には，3次元噴煙モデルを発展させた「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」を開発するとともに，移流拡散モデルに基づく逆解析手法，さらにレーダー観測による空中火山灰粒子分布の推定法の開発を行う．
平成24年度は，「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」のプロトタイプを用いて新燃岳2011年噴火事例の大規模シミュレーションを行い，噴煙高度や降灰分布など，火口近傍の観測結果を再現した．また，移流拡散モデル（PUFFモデル）を用いて同噴火のシミュレーションを行い，人工衛星で観測された噴煙の広域的挙動を再現した．移流拡散モデルにおいては，火口近傍の粗粒堆積物分布について野外観測結果との違いが見られ，モデルで仮定する噴煙形状の影響が示唆された．以上のモデル開発に加え，単純化した移流拡散モデル（TEPHRA2）を用いて堆積物データから噴煙柱からの粒子離脱高度を推定する逆解析スキームを開発し，伊豆大島1986年噴火の噴出物に適用した．
レーダー観測による空中火山灰粒子分布の推定法については，MPレーダー観測データから空中火山灰粒子量と粒径分布を抽出するレーダー散乱特性モデルの開発に着手した．具体的には，火山灰の散乱特性を計算するための散乱計算プログラムの設計と製作，国交省の現業XバンドMPレーダー観測データを用いたリアルタイム桜島噴火監視・データ表示システムの設計と製作，噴火時のレーダーデータアーカイブの作成を行った．
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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
降灰予測の高度化のためには，移流拡散モデルの火山灰供給源パラメータとして，噴煙のダイナミクスを考慮した噴煙内の火山灰分布を正しく与える必要がある．平成24年度は，供給源パラメータを計算する「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」のプロトタイプを作成した．このプロトタイプについては，実際の観測事例による検証も行い，当初の研究計画を達成することができた．
移流拡散モデルについては，新燃岳2011年噴火の再現の過程で，PUFFモデルのコード上の不具合を発見したが，その後の修正で問題は解決し，繰越期間終了時点でモデルの検証を完了することができた．また，TEPHRA2を用いた逆解析スキームの開発を終了し，移流拡散モデル開発に関する当初計画を達成することができた．
レーダー散乱特性モデルの開発については，Tマットリックス法を用いた単一散粒子乱計算モデルの作成，散乱計算に必要な火山灰粒子の測定装置の整備と計測手法の検討，噴火時の垂水MPレーダーデータの収集，レーダーデータアーカイブの作成等の諸作業を計画通り進めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度に開発した「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」を用いて移流拡散モデルの供給源パラメータを決定するために，計算量の大きい「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」をさらに改良し，粒子数を増加させた場合にも高速計算ができるよう汎用性を高めてゆく．
移流拡散モデルについては，物理素過程の影響，特に，鉛直方向の火山灰拡散が堆積物の分布形状に与える影響を評価するため，大気中の一点から同一粒径の火山灰を放出する数値シミュレーションを系統的に行う．また，これらの解析に基づいて，逆解析の検証手法の開発や誤差評価を進める．
レーダー散乱特性モデルの開発については，火山灰の粒径分布，形状を仮定した散乱計算から火山灰の基礎的偏波特性を明らかにするとともに，散乱特性を基にした降雨時における火山灰の判別手法の開発を行う．また，リアルタイム桜島噴火監視・データ表示システムによる監視および噴火時のレーダーデータアーカイブの作成作業を継続する．
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