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; 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．

这项研究使用X射线Microct系统来捕获雪颗粒的形状，并根据一种使用多个形状指数来揭示难以定量表达的形状特征的新方法表达雪颗粒的形状，并提出了一种定量类型歧视的方法。目的是在X射线Micro-CT设备中进行雪颗粒的转化实验，并通过连续测量雪颗粒的实际变化，并构建证明这一点的“粒子形状变化模型”。在这个财政年度，为了澄清自然降雪的形状特征，并提出了一种新方法，以自动确定雪颗粒的类型，在到目前为止获得的雪颗粒数据中，从缺乏数据的降雪区中的雪样品中，缺乏数据，或使用X-Ray Micto-cint设备获得了自然降雪后立即收集降雪的降雪，或收集自然降雪的3D数据。在高海拔山区的降雪深度（例如长海洋县）的降雪深度的地区收集了雪样本，例如在寒冷地区的降雪山脉，Zao-san，Zao-san，Yamagata县。此外，随着降雪后的积雪立即积聚，收集了雪样品以进行新鲜的雪，而雪粒的附着相对较少。这些积雪的三维数据使用3D-Watershed方法分为三维数据，然后分析了形状索引。此外，我们研究了一种从X射线Microct设备获得的树状和球形设备中获得的雪颗粒的相应指数的方法，该方法在过去的研究中提出，并在雪累积模型中的雪颗粒转换模型中使用。与这些同时，我们研究了一个实验装置，用于连续收集由于等温变化和天然雪样品的温度梯度过程而改变形状的三维数据。