非破壊連続計測による積雪粒子の3次元形状変化の実態解明

通过无损连续测量阐明雪粒三维形状变化的实际状态

• 批准号: 21K03687
• 负责人: 安達 聖
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03687/
• 关键词: 雪粒子形状; 形状指数; X線マイクロCT; 3D-WaterShed法; 積雪粒子; 形状特性; 非破壊計測; 粒子形状変化モデル; 3D-Watershed法

本研究は，X線マイクロCT装置を用い雪粒子の形状を捉え，複数の形状指数を用い表現する新手法に基づき雪粒子の形状を表現することで，定量的に表現することが難しかった形状特性を明らかにし，定量的な種類判別の手法を提案する．また，X線マイクロCT装置内で雪粒子の変態実験を行い，連続的に計測することで雪粒子の形状変化の実態を解明し，これを示す「粒子形状変化モデル」を構築すること目的としたものである．当該年度では，自然積雪がどのような形状特性を持つのかを明らかにし，雪粒子の種類を自動判別する手法を新たに提案するために，これまでに取得した雪粒子のデータのうち，データ数が不足している寒冷な地域の積雪や，降雪直後の積雪の雪試料を採取し，X線マイクロCT装置を用いて自然積雪の3次元データを取得した．寒冷な地域の積雪として，長野県乗鞍岳や山形県蔵王山など標高が高い山域の積雪深が1m程度の箇所から積雪試料を採取した．また，降雪直後の積雪として，雲粒付着が比較的少ない新雪を対象として積雪試料を採取した．これらの積雪試料の3次元データに対し，3D-Watershed法を用いて粒子分割を行ったのち，形状指数の分析を行った．また，既往研究で提案され，積雪モデルにおける雪粒子の変態モデルに採用されている雪粒子の形状指数であるDendricityとSphericityについて，X線マイクロCT装置によって得られた3次元データから，これらに相当する指標を導出するための手法についての検討を行った．これらと並行して，自然積雪試料の等温変化過程および温度勾配過程により形状変化する雪粒子の3次元データを連続的に収集するための実験装置について検討を行った．

In this study, a new method for the quantitative expression of snow particle shape characteristics is proposed, which can be used in X-ray CT device to detect snow particle shape. In addition, the transformation of snow particles is actually carried out in the X-ray MicroCT device, and the actual state of shape transformation of snow particles is explained through continuous measurement, which shows that the "particle shape transformation module" is constructed. This goal is fulfilled. When the year is over, the shape characteristics of natural snow are maintained, and the type of snow particles is automatically determined. The method is proposed to obtain the snow particles, and the number of snow particles is insufficient in the cold region. The snow sample after snowfall is taken. The X-ray CT device is used to obtain the natural snow. Snow cover in cold areas, Nagano, The snow is falling straight after the snow, and the cloud particles are paying for it. The 3D Watershed method is used to analyze the shape index of snow samples. Previous studies have suggested that the shape index of snow particles in the snow cover should be used to determine the shape of snow particles. X-ray CT equipment should be used to determine the shape index of snow particles in the snow cover. The isothermal transformation process and temperature matching process of natural snow samples are parallel to each other, and the shape transformation of snow particles is related to the collection of three-dimensional particles.