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．

火山喷发的时间发展是复杂而多样的，很难预测变化。在火山研究中，我们通过监测户外观察中的火山现象来提高预测精度。结果，地壳变形和对火山羽流的连续观察使得在喷发和岩浆喷发率期间获得有关岩浆池压力的时间序列数据。另一方面，在控制火山喷发的物理过程中，对数值模型也进行了研究。在这样的学术背景下，有必要通过基于物理模型和观察数据来开发一种方法来预测喷发过渡的方法。在这项研究中，开发了由于数据调解而产生的爆发过渡预测的基本理论，并开发了数值代码。在2021财年，在2021财年，在FY2021中，“岩浆供应 /喷发系统”由岩浆池组成，这些岩浆池形成了弹性变形，给出了岩浆的地质条件和岩石性质。压力的时间发展是输出的。该模型重现了实际观察到的各种喷发跃迁的特征，并在数学上表达了主导喷发过渡的物理过程的影响，并满足了初始计划中设定的条件。在同一个会计年度中，非线性反向问题的一般理论，包括不连续的过渡过程，成功地将其应用于岩浆供应和喷发模型，以及爆发期间的岩浆洪水率和围绕火山变量数据的岩浆火山。相反问题的理论框架估计了供应和喷发模型的主要参数（粘性电阻，岩浆的水量量以及火路的灭绝效率）。在2022财年，基于这些成就，我们促进了实施数据同化的数值理解分析计划的工作，从而进行了开发迄今为止获得的结果并研究理论的详细部分的工作。此外，发表了针对喷发模型的论文，用于估计在各种条件下的喷发率和岩浆上升模型。

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.

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

アメリカ地質調査所(米国)

美国地质调查局（美国）