(57)【要約】【課題】火山噴火時に、流出する溶岩流が到達する地域をリアルタイムで予測計算するシステムを提供する。【解決手段】地形上の標高分布を初期値とし、火口位置と時間変化する噴出溶岩流の流量と温度を境界条件として溶岩流の熱流動を解析することにより溶岩流が到達する地域を予測計算する解析手段２１を備える。また、空中などから測距機器、温度計を用いて溶岩流の既到達地域と溶岩流上面の標高分布、温度分布を計測して、溶岩流の到達地域と厚さ、総体積、流量、温度を計算する計測手段１４を備える。この計測値を基に算出された溶岩流の流量と計測された温度を解析手段２１に通信して、溶岩流が到達する地域を予測計算する。【選択図】  図１
2005024366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火山噴火時の溶岩流の到達地域を予測する火山溶岩流予測システムにおいて、
空中あるいは地上より、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する計測手段と、
前記溶岩流上面標高分布と地形上標高分布の差から溶岩流厚さ分布を計算し、前記溶岩流厚さ分布と溶岩流の前記到達地域に基づいて溶岩流の体積流量を計算する計算手段と、
前記地形上標高分布を初期値とし、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量または質量流量及び溶岩流温度またはその比エンタルピを境界条件として溶岩流の熱流動を解析し、溶岩流の到達地域を予測する解析手段と、を備えることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記解析手段は、溶岩流噴出開始後に既に溶岩流が到達した地域に対して、溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与えることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記計測手段が溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する度に、前記解析手段は既に溶岩流が到達した地域に対して溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与え、且つ火口位置と時間変化する噴出溶岩流の体積流量または質量流量と溶岩流温度または比エンタルピを境界条件として与える前記熱流動の解析を逐次再計算し、溶岩流が到達する予測地域を計算の進捗に対応して逐次更新することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項４】
請求項１、２または３において、
前記計算手段は、溶岩流境界の３次元流速分布の測定値と溶岩流境界要素の面積を乗じて前記体積流量を計算することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項５】
請求項１、２または３において、
前記計算手段は、前記計測手段による最低２回の計測時刻に従い、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布を基に算出した２回の計測時刻の溶岩流総体積の差を２回の計測時刻の時間差で除して前記体積流量を求めることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項６】
請求項１、２または３において、
前記解析手段による計算開始後に、前記計算手段が算出した溶岩流の体積流量に比較して、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が過小の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して増加させ、また予測された溶岩流の体積流量が過大の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算して予測することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項７】
請求項１、２または３において、
前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して減少させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して増加させて、溶岩流が到達する地域を再計算することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項８】
請求項１、２または３において、
前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して増加させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項９】
請求項１、２または３において、
前記計測手段は、航空機または通信衛星あるいは地上より電磁波あるいは光学を用いて溶岩流の到達地域を測定する測距機器を有し、これら測距機器の緯度、経度、高度からなる絶対座標を衛星による位置計測システム（ＧＰＳ）の電波によって定め、溶岩流の到達地域の境界の緯度、経度を測定することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項１０】
請求項１、２または３において、
前記地形上標高分布や計測された溶岩流の到達地域、達溶岩流厚さ分布及び温度分布を含む初期値を生成し、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量あるいは質量流量、温度あるいは比エンタルピを含む境界値を生成する入力データ生成計算モジュールと、前記初期値と前記境界条件を入力して溶岩流の到達地域を予測する解析計算モジュールと、予測計算した溶岩流の到達地域を表示する表示手段とを有する計算機を備えることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記表示手段は、現在の溶岩流の到達地域と、所定時間後の溶岩流の予想到達地域を比較表示することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火山噴火時の溶岩流の流下による被害地域をリアルタイムで予測する火山溶岩流予測システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
火山溶岩流の解析システムを開示したものとして非特許文献１，２がある。非特許文献１は火山災害において溶岩流による被害を予測するために、地形データを初期値とし、火口からの噴出溶岩流の流量と温度を境界条件として、溶岩流到達地域を予測する２次元の解析手法である。
【０００３】
本発明者等による非特許文献２は、地形データを初期値とし、火口からの噴出溶岩流の流量と温度を境界条件として、溶岩流到達地域を予測する３次元の解析手法である。
【０００４】
また、特許文献１による地震予測報知システムが提案されている。これは、予め設けられた地震観測網で検出した地震発生時の計測データから、報知の要否を判定するとともに、地震波の伝播を計算して特定地域の地震到達時刻や地震強度を報知するものである。
【０００５】
【非特許文献１】
火山第２集（第３３巻伊豆大島噴火特集号Ｓ６４−Ｓ７６ページ，１９８８）
【非特許文献２】
日本火山学会２００２年度秋季大会講演予稿集（Ｎｏ．２，１８９ページ）
【特許文献１】
特開２００３−６６１５２号公報（段落０００８−００１４、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１，２に記載の従来技術では、溶岩流の予測計算はできるものの、計測値を境界条件に用いていないため、リアルタイム予測に関しては解析精度が十分ではない。また、計測値を初期値に用いていないため、一旦計算値と計測値にずれが生じた場合、再度溶岩流の噴出開始時から解析パラメータを修正して再計算を行う必要があった。
【０００７】
また、特許文献１に記載の従来技術では、予測情報を計算するためのデータを得るため、予め地震観測網を構築しておく必要がある。また、地震波の伝播と異なって、溶岩流の場合は起伏を有する地形上で慣性、粘性、圧力、重力などの力によって複雑な熱流動挙動を示すため、本方式の適用は困難である。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、溶岩流の計測データを基に溶岩流が到達する地域をリアルタイムで予測する火山溶岩流予測システムを提供することにある。本発明のシステムによれば、溶岩流到達地域の予測精度を向上し、信頼性を向上することができる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、火山噴火時の溶岩流の到達地域を予測する火山溶岩流予測システムにおいて、空中あるいは地上より、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する計測手段と、前記溶岩流上面標高分布と地形上標高分布の差から溶岩流厚さ分布を計算し、前記溶岩流厚さ分布と溶岩流の前記到達地域に基づいて溶岩流体積流量を計算する計算手段と、前記地形上標高分布を初期値とし、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量または質量流量及び溶岩流温度またはその比エンタルピを境界条件として溶岩流の熱流動を解析し、溶岩流の到達地域を予測する解析手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
これにより、溶岩流の計測データを基に溶岩流が到達する地域をリアルタイムで予測できるので、信頼性の高い火山溶岩流予測システムを提供することができる。
【００１１】
また、前記解析手段は、溶岩流噴出開始後に既に溶岩流が到達した地域に対して、溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与える。
【００１２】
あるいは、前記計測手段が溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する度に、前記解析手段は既に溶岩流が到達した地域に対して溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与え、且つ火口位置と時間変化する噴出溶岩流の体積流量または質量流量と溶岩流温度または比エンタルピを境界条件として与える前記熱流動の解析を逐次再計算し、溶岩流が到達する予測地域を計算の進捗に対応して逐次更新する。
【００１３】
これにより、溶岩流噴出開始から計算することによる時間の無駄を省くとともに、溶岩流噴出開始から溶岩流の計測時刻までの予測誤差の発生を回避できる。
【００１４】
また、溶岩流境界の流速分布を計測し、境界面積と流速の積により、火口から噴出する溶岩流の体積流量を計算する。
【００１５】
あるいは、前記計測手段による最低２回の計測時刻に従い、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布を基に算出した２回の計測時刻の溶岩流総体積の差を２回の計測時刻の時間差で除して前記体積流量を求める。これらにより、体積流量の精度が向上する。
【００１６】
また、前記解析手段による計算開始後の所定時間経過後に、前記計算手段が計測値に基づいて算出した溶岩流の体積流量に比較して、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が過小の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して増加させ、また予測された溶岩流の体積流量が過大の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算して予測する。
【００１７】
あるいは、前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して減少させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して増加させて、溶岩流が到達する地域を再計算する。
【００１８】
あるいは、前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して増加させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算する。
【００１９】
これにより、溶岩流到達地域の予測精度が向上するため、信頼性の高い火山溶岩流予測システムを提供することができる。
【００２０】
また、前記計測手段は、航空機または通信衛星あるいは地上より電磁波あるいは光学を用いて溶岩流の到達地域を測定する測距機器を有し、これら測距機器の緯度、経度、高度からなる絶対座標を衛星による位置計測システム（ＧＰＳ）の電波によって定め、溶岩流の到達地域の境界の緯度、経度を測定する。
【００２１】
これにより、溶岩流流量の計測精度が向上し、前記解析手段による到達地域の予測精度を向上できる。
【００２２】
また、前記地形上標高分布や計測された溶岩流の到達地域、達溶岩流厚さ分布及び温度分布を含む初期値を生成し、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量あるいは質量流量、温度あるいは比エンタルピを含む境界値を生成する入力データ生成計算モジュールと、前記初期値と前記境界条件を入力して溶岩流の到達地域を予測する解析計算モジュールと、予測計算した溶岩流の到達地域を表示する表示手段とを有する計算機を備える。
【００２３】
前記表示手段は、現在の溶岩流の到達地域と、所定時間後の溶岩流の予想到達地域を比較表示する。
【００２４】
これにより、溶岩流流量の計測精度が向上する。また、計算負荷の増大による、計測、予測計算、結果表示機能間の計算機占有率の変化や、一機能に関する計算機不全によるシステム全体の稼働停滞を防止できる。
【００２５】
また、計測値の入力により再計算を行う場合や予測計算を実施中に、複数時刻の溶岩流到達地域の予測値を表示できるため、計算結果の視認性を向上できる効果がある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は一実施例による火山溶岩流予測システムの構成図、図２は解析シーケンスの概念図、図３−５は溶岩流到達地域予測結果の説明図を示す。
【００２７】
図１において、火山１の山頂あるいは山腹に火口２が生じ、噴煙１２とともに溶岩流３が噴出している。溶岩流３は、山腹の傾斜によって流れ下り、その流下方向には居住地域７が存在する。以下、火山溶岩流予測システムを溶岩流の計測手段１４と、溶岩流３の到達地域を予測計算する解析手段２１に分けて説明する。
【００２８】
溶岩流の計測手段１４は、本実施例では無翼航空機の一種であるヘリコプター５、または地球観測衛星６に積載されている測距機器が主体である。しかし、以下では単にヘリコプター５または地球観測衛星６と記載する。計測系としては、有翼航空機なども使用可能である。また、地表面上に計測機器を設置して計測しても良い。
【００２９】
測定対象の座標を決定するため、位置計測システムであるＧＰＳ衛星２７、ＧＰＳ衛星２８からの電波により、測定基部であるヘリコプター５自身の位置を計測する。また、位置計測の精度を向上するため、溶岩流周辺で溶岩流未到達地点に地上局を設置し、地表面の基点を定めることも有効である。ヘリコプター５の測距機器から、溶岩流３に測距用電磁波８が放射される。測距用には、レーザーなどの光波、音波なども使用できる。または、地球観測衛星６の測距機器からは、溶岩流３に測距用電磁波９が放射される。地球観測衛星６では、測距用にレーザーなどの光波も使用できる。
【００３０】
測距機器に含まれる計算手段は、測距用電磁波８により測定した緯度、経度座標ごとに溶岩流３の上面の標高を得る。その溶岩流上面標高から、測定した緯度、経度座標ごとの火山噴火前の標高を減じることにより、緯度、経度座標に対する溶岩流３の厚さ分布を得る。さらに、各緯度、経度座標ごとの溶岩流３の厚さに、各緯度、経度座標ごとの計測メッシュ要素の水平面面積を乗じ、溶岩流全表面において積算したものが、溶岩流３の体積になる。
【００３１】
測距機器の計算手段は、計測した溶岩流３の体積を、溶岩流３の噴出開始時から計測時までの経過時間で除し、単位時間当たりの体積増加量、すなわち体積流量を得る。一方、ヘリコプター５の機上では、計測手段１４の一つである赤外線温度計などを用いて溶岩流３の温度を計測する。
【００３２】
また、各緯度、経度座標ごとの溶岩流３の厚さを地形図上に配置し、厚さ０を「未到達」、厚さが有意な数値の場合「到達」と判定することによって、計測時に、溶岩流３が到達した地域を数値データとして与えることができる。また、火口２の位置は、溶岩流３の飛沫を目視によって確認し、位置座標を溶岩流３の厚さ分布計測の緯度、経度と地形図上で重ね合わせて数値化することにより得られる。他に、火口２の位置計測方法として、温度計測により、最高温度を記録した座標を用いる方法や、地中から上昇する溶岩流３の流れの動圧により溶岩流３中で、厚さが大となる座標を用いて決定することができる。
【００３３】
以上の測距機器や温度計による計測データは、ヘリコプター５、地球観測衛星６などから、電波受信中継設備４に送信され、解析手段２１に送られる。上記計算手段は測距機器、中継設備４または解析手段２１に機能の全部が備えられ、あるいは分担して配置されていてもよい。
【００３４】
次に、解析手段について説明する。図１において、解析手段２１は、入力データ生成計算機モジュール２２、解析計算機モジュール２３、データ出力計算機モジュール２４、結果表示・コマンド投入コンソール２５、ファイルシステム２６などから構成される。電波受信中継設備４を経由して、計測系１４から溶岩流３の厚さ分布、体積、流量、温度、到達地域、火口２の座標などの計測データが送信される。
【００３５】
計測データは、入力データ生成計算機モジュール２２に入力され、火山１の噴火前の地形を基にした解析座標と、火口２の位置、溶岩流３の厚さ分布、温度分布が相関付けられる。また、溶岩流の体積流量データから溶岩流の質量を乗じて質量流量への換算や、温度から比エンタルピへの換算も、ここで行われる。その他、雰囲気温度を設定し、火山１周辺に湖、海などがある場合は水位分布、水温を設定する。また、溶岩流３の組成なども入力可能とする。
【００３６】
上述した以外に、入力データ生成計算機モジュール２２は、測距手段によって計測された溶岩流上面標高から火山噴火前の標高を減じることにより、緯度、経度座標に対する溶岩流厚さ分布を算出してもよい。また、緯度、経度ごとの溶岩流厚さに、緯度、経度ごとの計測メッシュ要素の水平面面積を乗じ、溶岩流全表面において積算して溶岩流体積を求めてもよい。さらに、溶岩流体積を溶岩流の噴出開始から計測時までの経過時間で除し、体積流量を求めてもよい。
【００３７】
計測データのうち、既に流下した溶岩流３の到達地域の溶岩流厚さ分布、温度分布は、次に述べる解析計算機モジュール２３の初期値になり、溶岩流３の質量流量、比エンタルピ、および雰囲気温度、水位、水温などは境界条件になる。
【００３８】
溶岩流厚さから求めた質量初期値と質量流量は、熱流動解析モデルの質量保存式で用いられ、単位質量当たりの内部エネルギーである比エンタルピは、熱流動解析モデルのエネルギー保存式で用いられて、質量、エネルギーの輸送が解かれる。雰囲気温度、水位、水温は、溶岩流と雰囲気との熱伝達量計算に用いられ、エネルギー保存式において熱伝達によるエネルギーの増減を与える。ここで、質量と体積は密度により相関付けられ、比エンタルピと温度は比熱、潜熱を介して相関付けられるので、解析において質量、比エンタルピに限らず、体積、温度を用いることも可能である。
【００３９】
図中、Ａ１は計測データ、Ａ２は初期値、境界条件データ、Ａ３は予測計算値、Ａ４は溶岩流到達地域の計測値、Ａ５は溶岩流到達地域の予測計算値である。一方、Ｃ１は入力データ生成計算機モジュール制御コマンド、Ｃ２は解析計算機モジュール制御コマンド、Ｃ３はデータ出力計算機モジュール制御コマンドである。
【００４０】
解析計算機モジュール２３では、入力データ生成計算機モジュール２２で前記の初期値、境界条件データが生成されるごとに、解析をスタートさせる。その際、複数の計算機プロセッサを用いれば、入力データ生成計算機モジュール２２からのデータ入力に係わらず、実施中の計算を継続することもできる。
【００４１】
解析計算機モジュール２３では、「日本火山学会２００２年度秋季大会講演予稿集，Ｎｏ．２，１８９ページ」に例示した解析モデルなどにより、溶岩流３の熱流動を理論的に解析する。
【００４２】
ここで例示した解析モデルは、溶岩流をニュートン流体として扱い、３次元の質量、運動量、およびエネルギー方程式を解くものである。溶岩流の拡がりと冷却による凝固・停止による境界条件の変化を、計算ステップごとに更新することにより、溶岩流のような凝固性を有する熱流体の挙動を解析可能としている。解析モデルにおいて、溶岩流以外の火山泥流や火山土石流を対象として物性値関数を修正し、停止境界条件の変化を解析モデルに組み込むことにより、本予測システムを火山泥流や火山土石流対象に拡張することも可能である。
【００４３】
ここで、溶岩流３の到達地域を予測するために、計算時間は実現象の時間より短くする必要がある。以下、図２において、計算時間が実現象の時間の１／６の場合について、溶岩流３の到達地域を予測計算する方法を説明する。
【００４４】
図２において、横軸は溶岩流３の噴出後の経過時間を表し、縦軸は計測データが入力されるごとの解析ケースの更新数を示す。図中の実線矢印は計算時間であり、横方向の破線矢印は計算により予測される実際の現象の時間である。したがって、実時刻が実線矢印の先端の位置にある場合、破線矢印先端時刻の溶岩流３の到達地域を予測できることになる。
【００４５】
時刻０ｈで溶岩流３の噴出が始まり、解析系２１では解析系列▲１▼の計算を開始する。この初期の場合、計測データは得られていないので、目視等による暫定値を入力して計算を行う。この例では、第１回の計測系１４からの計測データが時刻１ｈ（図２のＡ）において送信されるまでに、６ｈ後の溶岩流３到達地域の予測計算値が得られる。時刻１０ｍｉｎ（予測事象の実時間１ｈ）で得られた予測計算値と第１回（時刻１ｈ）の計測系１４からの計測データの溶岩流３の到達地域実測値を比較することにより、解析系列▲１▼における解析パラメータの評価が可能である。
【００４６】
第１回の計測系１４からの計測データを用いて、時刻１ｈから解析系列▲２▼の計算を開始する。１時間の計算により、時刻２ｈにおいて時刻７ｈの予測計算値、時刻３ｈにおいて時刻１３ｈ、時刻４ｈにおいて時刻１９ｈの予測計算値がそれぞれ得られる。
【００４７】
図３は、解析系列▲２▼において、時刻４ｈに得られた溶岩流３の到達地域予測計算値の出力結果と、時刻４ｈの溶岩流到達地域の計測値３２を、地形図（国土地理院火山基本図）３１に重ね合わせたものである。図中には、時刻４ｈにおける溶岩流到達地域の計測値３２が黒塗りで示され、その後の７ｈ、１３ｈ、１９ｈにおける予測計算値３３、３４、３５が実線で示される。
【００４８】
このような重ね合わせ図は、計算の進行に連動してデータ出力計算機モジュール２４を経て、表示装置である結果表示・コマンド投入コンソール２５に予測事象の実時間を示して表示されるので、計算結果の視認性を向上できる。
【００４９】
同様の計測にしたがって、解析系列を進め、時刻７ｈにおいて図４に示すように、図２の第３回計測値が得られ、解析系列▲２▼の予測計算値に重ね合わされる。図４では、解析系列▲２▼の時刻７ｈの予測計算値３３と第３回計測値が比較されるので、解析パラメータの評価が可能である。その結果は、解析系列▲４▼の計算に反映される。図５は、時刻４ｈの計測値をもとに計算した時刻１３ｈの解析系列▲３▼の予測計算値３７を用いて、図４の解析系列▲２▼の予測計算値３４を更新したものである。
【００５０】
本実施例の火山溶岩流予測システムによれば、計測値を次の解析系列の初期値として用いることにより、溶岩流到達地域を精度良く予測することができるので、信頼性を向上する効果がある。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施例を説明する。図６は溶岩流の到達地域計測値の概念図、図７は溶岩流の流速分布の概念図である。火山溶岩流リアルタイム予測システムの溶岩流流量計算手法を説明する。
【００５２】
第１の実施例では、溶岩流の流量を求める場合に、計測した溶岩流の体積を、溶岩流の噴出開始時から計測時までの経過時間で除し、単位時間当たりの体積増加量、すなわち体積流量を得ていた。これは、平均的な流量を与える方法であり、溶岩流の流量変動を解析に反映することが困難である。第２の実施例は、第１の実施例と同じ火山溶岩流リアルタイム予測システムにおいて、溶岩流到達地域計測値から溶岩流流量を精度良く計算する方法である。
【００５３】
図６では火口４０から噴出した第Ｎ回目の計測時における溶岩流４１と、第（Ｎ＋ｎ）回目の計測時における溶岩流４２を示す。溶岩流４１の体積は第Ｎ回目の計測時に測定され、溶岩流４２の体積は第（Ｎ＋ｎ）回目の計測時に測定される。ここで、Ｎ、ｎは任意の整数である。このときの溶岩流４２の体積から溶岩流４１の体積を減じ、第Ｎ回目と第（Ｎ＋ｎ）回目の間の体積の増分を求める。また、第（Ｎ＋ｎ）回目の計測時刻から第Ｎ回目の計測時刻を減じ、両計測間の時間間隔を計算する。前記の体積増分を両計測間の時間間隔で除すことにより、両計測間における体積増加率、すなわち対象時刻間の体積流量を正確に求めることができる。
【００５４】
本手法によれば、溶岩流の流量計測の精度を向上できるため、溶岩流到達地域の予測精度をさらに向上できる。
【００５５】
図６の計測手法の場合、複数の時間間隔における溶岩流の体積差を求めるのに最低２回以上の計測が必要となる。また、溶岩流流量が少ない場合に計測精度を高めるためには、計測間隔を長くする必要がある。
【００５６】
図７に他の溶岩流の流量計算手法を説明する概念図を示す。図７の手法では、溶岩流４４の表面を一定間隔の溶岩流表面速度測定マトリックス４３に切り分け、各マトリックス４３における溶岩流表面の移動速度を計測する。計測には、レーザー計測計、あるいは画像処理技術を利用する。移動速度のベクトルを求め、ベクトル法線成分ごとに溶岩流表面速度測定マトリックス４３の各メッシュ要素表面積を乗じて、その積を全マトリックスにわたって積算する。この積算値が溶岩流４４の体積流量である。
【００５７】
本手法によれば、１回の計測によって溶岩流流量を計測できるため、短時間で溶岩流流量を計測できる利点がある。
【００５８】
第２の実施例による火山溶岩流リアルタイム推移予測システムでは、第１の実施例の効果に加え、溶岩流の流量を短時間で精度良く計測できる。これにより、さらに溶岩流の到達地域予測時間を短縮でき、被害地域からの避難が容易になり、安全性が向上する効果がある。
【００５９】
次に、本発明の第３の実施例による火山溶岩流リアルタイム予測システムを説明する。図８は、解析計算機モジュールの構成図である。図９は溶岩流形状を表す概念図である。
【００６０】
解析計算機モジュール２３は、初期値設定部５１、境界条件設定部５２、熱流動計算部５３、物性値計算部５４、計測計算値・解析予測値比較部５５、初期値修正部５６、境界条件修正部５７から構成される。
【００６１】
計測に基づき図１の入力データ生成計算機モジュール２２で計算された初期値は、計算コードの初期値設定部５１に入る。ここでは、物性値計算部５４で計算された密度、粘性、熱伝導度、比熱などの物性値を用いて初期値を設定する。次に、計測に基づき図１の入力データ生成計算機モジュール２２で計算された境界条件が境界条件設定部５２に入り、熱流動計算部５３の繰り返し計算における境界条件となる。境界条件設定部５２、および熱流動計算部５３においても密度、粘性、熱伝導度、比熱などの物性値は、物性値計算部５４で計算された値を用いる。熱流動計算部５３の計算結果出力６０は、図１のデータ出力計算機モジュール２４に送られる。
【００６２】
以上の解析計算機モジュール２３に、計算結果出力６０と計測結果６１を比較する計測計算値・予測計算値比較部５５を設ける。計測計算値・予測計算値比較部５５では、図９に示すように、溶岩流の拡がり面積と厚さに関して、計測計算値と予測計算値を比較する。一般に、溶岩流の温度が低いほど溶岩流の粘性が高くなり、溶岩流の拡がりが抑制され、溶岩流の厚さが増加する。
【００６３】
計測計算値・予測計算値比較部５５で、計測計算値に基づく溶岩流厚さ分布（拡がり面積と厚さ）と予測計算された溶岩流厚さ分布（拡がり面積と厚さ）を比較する。溶岩流拡がり予測計算結果７１が溶岩流拡がり計測計算結果７２より薄く広い面積に拡がったと判定された場合、計測計算値・予測計算値比較部５５から初期値修正部５６と境界条件修正部５７に溶岩流温度修正信号６３を出し、初期値と境界条件の溶岩流温度を低下させる。また、温度の修正に代わって、計測計算値・予測計算値比較部５５から物性値計算部５４に溶岩流の粘性を増加させる物性値修正信号６２を出しても良い。
【００６４】
逆に、溶岩流拡がり予測計算結果７１が溶岩流拡がり計測計算結果７２より厚く狭い面積に拡がったと判定された場合、計測計算値・予測計算値比較部５５から初期値修正部５６と境界条件修正部５７に溶岩流温度修正信号６３を出し、初期値と境界条件の溶岩流温度を増加させる。また、計測計算値・予測計算値比較部５５から物性値計算部５４に溶岩流の粘性を減少させる物性値修正信号６２を出しても良い。
【００６５】
本手法によれば、溶岩流の到達地域を予測計算する上で、溶岩流温度あるいは物性値を計測計算値を基に修正することにより、溶岩流の拡がり挙動を精度良く予測できるので、溶岩流到達地域の予測精度をさらに向上できる利点がある。
【００６６】
第３の実施例の火山溶岩流リアルタイム予測システムでは、第１の実施例による効果に加え、溶岩流の到達地域をさらに精度良く予測できる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、火山噴火時において、溶岩流の到達地域を短時間で精度良く予測できる効果がある。
【００６８】
また、溶岩流の到達地域を計測値を用いて系統的に計算できるので、予測計算の安定性が高く、被害予測精度を向上できる効果がある。
【００６９】
さらに、溶岩流の流量、温度を計測値から精度良く計算でき、また溶岩流の温度、物性の影響を予測計算に反映できるので、被害予測精度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による火山溶岩流リアルタイム予測システムの構成図。
【図２】第１の実施例による解析シーケンスの説明図。
【図３】時刻４ｈにおける溶岩流到達地域の予測計算結果を表す説明図。
【図４】時刻７ｈにおける溶岩流到達地域の予測計算結果を表す説明図。
【図５】時刻１３ｈにおける修正された溶岩流到達地域の予測計算結果を表す説明図。
【図６】本発明の第２の実施例による溶岩流流量計測原理を説明する概念図。
【図７】第２の実施例による他の溶岩流流量計測原理を説明する概念図。
【図８】本発明の第３の実施例による火山溶岩流リアルタイム予測システムの解析計算機モジュールの構成図。
【図９】第３の実施例による溶岩流拡がり計算値と計測値の比較を表わす説明図。
【符号の説明】
１…火山、２…火口、３…溶岩流、４…電波受信中継設備、５…ヘリコプター、６…地球観測衛星、７…居住地域、８…測距用電磁波、９…測距用電磁波、１０…溶岩流観測データ、１１…溶岩流観測データ、１２…噴煙、１４…計測手段、２１…解析手段、２２…入力データ生成計算機モジュール、２３…解析計算機モジュール、２４…データ出力計算機モジュール、２５…結果表示・コマンド投入コンソール、２６…ファイルシステム、２７，２８…ＧＰＳ衛星、３０…火口、３１…地形図、３２…溶岩流噴出４時間後の溶岩流到達地域の計測値、３３…溶岩流噴出７時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、３４…溶岩流噴出１３時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、３５…溶岩流噴出１９時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、３６…溶岩流噴出７時間後の溶岩流到達地域の計測値、３７…溶岩流噴出１３時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、４３…溶岩流表面速度測定マトリックス、４４…溶岩流、５１…初期値設定部、５２…境界条件設定部、５３…熱流動計算部、５４…物性値計算部、５５…計測計算値・予測計算値比較部、５６…初期値修正部、５７…境界条件修正部、５８…初期値、５９…境界条件、６０…計算結果出力、６１…計測データ、６２…物性値修正信号、６３…溶岩流温度修正信号、７１…溶岩流拡がり予測計算結果、７２…溶岩流拡がり計測計算結果、７３…火口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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