データ同化による火山噴火推移予測に関する理論的研究

利用数据同化预测火山喷发趋势的理论研究

• 批准号: 21K03697
• 负责人: 小屋口 剛博
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 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 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03697/
• 关键词: 火山噴火; 推移予測; データ同化; 逆解析理論; 数値モデル

火山噴火の時間発展は複雑かつ多様であり，推移予測が難しい．火山学においては，この難題に対して，野外観測で火山現象をモニタリングすることによって予測精度の向上を図ってきた．その結果，地殻変動や火山噴煙の連続観測によって，噴火中のマグマ溜りの圧力やマグマ噴出率について時系列データを得ることができるようになってきた．一方で，火山噴火を支配する物理過程についても，近年，数値モデルの研究が進んできた．このような学術的背景の中，物理モデルと観測データに基づく「データ同化」による噴火推移予測の手法開発が必要となってきた．本研究では，データ同化による噴火推移予測の基礎理論の構築と数値コードの開発を行う．本研究課題については，2021年度に，火道と弾性変形するマグマ溜りで構成される「マグマ供給・噴出系モデル」において，地質条件・マグマの岩石学的性質を与えるとマグマ噴出率とマグマ溜りの圧力の時間発展が出力される順問題モデルを構築した．このモデルは，実際に観測される多様な噴火推移の特徴を再現するとともに，噴火推移を支配する物理過程の影響を数理的に明確に表現するものであり，当初計画において設定した条件を満たすものである．また，同年度においては，不連続な遷移過程を含む非線形逆問題の一般理論をマグマ供給・噴出系モデルに適用することに成功し，噴火時のマグマ噴出率および火山周辺の地殻変動データからマグマ供給・噴出系モデルの主要パラメータ（粘性抵抗，マグマの含水量，火道からの脱ガス効率）を推定する逆問題の理論的枠組みが概ねできた．2022年度には，これらの成果を基礎として，データ同化の数理解析プログラムを実装する作業を進めるとともに，これまでに得られた成果を論文化する作業を進め，理論の詳細部分について検討した．また，噴出率推定のための噴煙モデルや幅広い条件下でのマグマ上昇モデルについて，論文を公表した．

Volcanic eruption time development is complex, multiple, and difficult to predict. Volcanology is a difficult problem to solve. Volcanic phenomena are measured in the field. As a result, crustal movement and volcanic smoke are continuously measured, and the pressure in the volcanic smoke is reduced. On the one hand, volcanic eruptions dominate physical processes. In recent years, research on volcanic eruptions has been progressing. In the academic background of this topic, it is necessary to develop the method of fire prediction based on the theory of "data assimilation" in physics. This study aims to construct the basic theory of flame propagation prediction and the development of numerical simulation. This research topic aims at the following problems: in the year of 2021, the structure of fire channel and its property change, the geological condition, the petrological property of fire channel and the time development of fire channel pressure force. The characteristics of the jet flow are reproduced in real time, and the influence of the jet flow on the mathematical expression is specified in the original plan. In the same year, there is no connection between the migration process and the non-linear inverse problem. The supply and ejection system is suitable for the success of the volcano. The ejection rate of the volcano is mainly due to the crust movement around the volcano.(Viscosity resistance, water content, flame path and desorption efficiency) Theoretical group of inverse problem is estimated. In 2022, the results of this study are based on the mathematical analysis of assimilation. Under the condition of emission rate estimation, emission rate estimation and emission rate estimation

项目成果

A physics-based source model for real-time tephra-dispersal forecasting for weak eruption plumes

基于物理的源模型，用于弱喷发羽流的实时火山灰扩散预测

• DOI: 10.1186/s13617-022-00127-w
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Applied Volcanology
• 作者: Ishii Kensuke;Nishijo Akira;Koyaguchi Takehiro;Suzuki Yujiro J.
• 通讯作者: Suzuki Yujiro J.

アメリカ地質調査所(米国)

美国地质调查局（美国）

Dynamics of gas-driven eruption on Ceres as a probe to its interior

• DOI: 10.1016/j.icarus.2023.115533
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Icarus
• 影响因子: 3.2
• 作者: K. Yumoto;Yuichiro Cho;T. Koyaguchi;S. Sugita