2013 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
| Project/Area Number |
24244069
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
小屋口 剛博 東京大学, 地震研究所, 教授 (80178384)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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)
萬年 一剛 神奈川県温泉地学研究所, 研究課, 主任研究員 (70416080)
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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
|
| 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 |
|---|
| 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25年度には，平成24年度までに開発した「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」プロトタイプを改良し，計算の汎用性を高めた．粒子サイズ毎に密度を与えることによって，現実的な火山灰輸送計算が可能となった．また，前年度より数倍多い火山灰粒子数を与えた場合にも高速で計算できることを確認した．
移流拡散モデルについては，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行い，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系統的に評価した．また，前年度に開発した，移流拡散モデルに基づく逆解析スキームについて誤差評価を行った
MPレーダーの観測データから空中に飛散する火山灰粒子の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ついて，平成25年度は，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し，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と観測データへの適用を行った．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とレーダーデータアーカイブの作成を進めた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
降灰予測のための移流拡散モデルの高度化には，「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」で多量の粒子計算を行い，噴煙内の火山灰分布を統計的に表現する必要がある．本年度は，前年度より数倍多い火山灰粒子数を含む大規模計算を行うことによって，粒子サイズによる到達高度の違いを大局的に捉えることが可能となり，年度当初の研究計画をほぼ達成することができた．
移流拡散モデルについても，PUFFモデルを用いて，粒径の違いや鉛直方向の拡散が堆積物の分布に与える影響に関して定量的評価を行い，これらの要因が重要な役割を果たす条件を特定することができた．また，TEPHRA2を用いた逆解析について，地上における火山灰堆積量の観測値と計算値の比較から，観測の外れ値や，観測とモデルの乖離を定量的に評価することができるようになった．以上の成果によって，平成26年度以降，計画通り粒子離脱の高度変化推定について解の検証および誤差評価を実施する準備が整った．
レーダー散乱特性モデル開発については，単一分布散乱モデルに基づく散乱シミュレーションによって偏波パラメータの特性を系統的に調査した．具体的には，2013年8月18日の桜島の噴火事例についてMPレーダーで観測された各偏波パラメータの統計的特徴を調べ，火山灰の判別に利用できるパラメータの検討を行った．また，現実的散乱モデルの作成のため，粒径分布測定装置（パーシベル）を桜島に設置し，降灰粒子の粒径分布の観測を開始するとともに，噴煙柱の構造を調査するために，黒神地区に防災科研Kaバンドレーダーを設置し，観測を開始した．さらに，国交省垂水MPレーダーデータをリアルタイムで収集し，噴煙高度が3000m以上の爆発的な噴火事例（計31事例）を抽出し，地上降灰量とともにデータベース化できた．
|
| Strategy for Future Research Activity |
「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」で得られた噴煙内の火山灰粒子分布を移流拡散モデルの供給源パラメータとして与え，広範囲の火山灰輸送・堆積を計算し，さらに野外調査結果と比較できるように，粒子データを統計的に取り扱うモデルの開発を行う．
移流拡散モデルについては，これまでの研究成果によって，粒径分布と鉛直方向の拡散の影響に加え風向と風速に代表される気象場が堆積物分布に大きな影響を与えることが分ってきた．気象場の影響の評価を系統的に進めるため，既存の風データに加え，気象モデル（WRF）を用いて任意の解像度の風データを計算する体制を整えてゆく．また，TEPHRA2を用いた逆解析手法を2011年霧島新燃岳噴火に適用し，移流拡散モデル（PUFFモデル）や「噴煙ダイナミクス・火山灰輸送カップリングモデル」の計算結果との整合性を確認する．
レーダー散乱特性モデルの開発については，これまでに収集した火山噴火レーダーデータに基づいて，火山灰の判別手法の検証と改良，レーダーデータおよび地上噴煙観測データによる火山灰の定量的推定式の提案，MPレーダーによる火山灰粒径分布の推定手法の検討を行う．
|
Research Products
(18 results)
