サブテーマ３

シミュレーションによる噴火ハザード予測手法の開発

　火山噴火とそれに伴うハザード(災害に直結する火山現象)の発生・推移を予測することは，多くの火山を有する日本において喫緊の課題です．火山噴火現象は，相互作用する様々な物理的・化学的な素過程の影響のもとで発生・推移します．そのため，火山現象の様式はバリエーションに富みます．また，ある様式から全く性質の異なる様式に変化することがあります．例えば，溶岩ドームや溶岩流を形成する非爆発的噴火から噴石や噴煙を形成する爆発的噴火に変化したり，さらには噴煙が噴煙柱を形成する状態から突然崩壊し火砕流を形成することもあります．このような様々な素過程の影響の組み合わせである複雑な現象の予測には，物理的・化学的理論に基づいた数値シミュレーションが有効です．課題C-3における取り組みでは，(1) 火山噴火の発生・推移の予測を目的とした「地下におけるマグマ移動シミュレーションの開発・高度化」，及び，(2) 火山ハザードの発生・推移の予測を目的とした「噴火ハザードシミュレーションの開発・高度化」を実施しています．

地下におけるマグマ移動シミュレーションの開発・高度化

　「どのような観測データが得られた時に噴火発生か噴火未遂のどちらになるのか？」さらに「発生する噴火は爆発的か非爆発的か？」などの問いに答えるために，地下におけるマグマ移動の数値シミュレーションの開発・高度化を実施しています(図1)．また，室内実験により，マグマ移動過程に影響を与える実効粘性やレオロジーのモデルを改良し，数値シミュレーションの高度化を実施しています．これらの成果を基に，最終的には，噴火事象分岐判断のための基準を提案し，さらに，(2)におけるハザード予測モデルのインプットパラメータ(噴火条件)を提供することを目指しています．

図1: 岩脈貫入シミュレーション．静岩圧に対して初期過剰圧が(a)8倍，(b)16倍，(c)32倍の場合．本設定条件下では，およそ10倍以下では噴火未遂，10倍以上で噴火に至る．

噴火ハザードシミュレーションの開発・高度化

　噴火発生時における噴煙・降灰・火砕流・噴石・溶岩流・ラハール(土石流・泥流)などの多様なハザードを一元的に取り扱うことのできる高精度なハザード評価システムの開発を目指しています．具体的には，それぞれのハザードを再現できる数値シミュレーションの開発・高度化を行い，その振る舞いの結果決められる「災害に直結する物理量」(例えば，溶岩流や火砕流であればその到達距離)を支配するパラメータを抽出し，それらのパラメータの不確定性を考慮したハザード予測を目指しています．降灰ハザード予測シミュレーションの開発については，降灰モデルと脆弱性データベース(課題D3より提供)の融合によるリスクの定量評価にまで踏み込んだ取り組みを実施しています．また，噴煙柱ダイナミクスモデルを高度化し，その計算結果を降灰モデルの初期条件として利用することにより，降灰シミュレーションの高度化を実施しています(図2)．火砕流・噴石・溶岩流・ラハールについては，既存モデルの検証とこれを基にした高度化を実施しています．

図2: 3次元噴煙シミュレーションによって推定された粒子放出位置．(a) 粒子放出位置と粒径の関係．(b)-(d)は，粒子放出の密度分布を表す．(b) 粒径と高度の関係．(c) 粒径と水平距離の関係．(c) 粒径と噴出から放出までに要した時間の関係．図中のI-Vは，それぞれ弾道放出，噴煙柱放出，噴煙頂放出，傘型領域放出，傘型領域滞在の放出領域を表す．φは粒径を表す(φ=-log_2(d/d_0); d_0=1 mm)．

研究の一コマ

こちらのPDFの担当課題3.3をご覧ください．