大涌谷噴気地帯を撮影した画像の平均輝度の日別変化と火山活動の関係（2015-2016）
萬年一剛 *

Daily change in average brightness of picture of Owakudani steaming area and its
relationship with volcanic activity (2015 – 2016)
by
Kazutaka MANNEN*

1.

いので、見かけの噴気量が多ければ、噴気地帯の画像のはじめに噴気の量や高さは、火山の放熱率と関係があると考え平均輝度（平均的な明るさ）は大きくなっているものとられるため、
火山活動度の指標となることが期待される。

期待される。本研究では、温泉地学研究所が取得した画

実際、噴気の高さは気象庁が実施している活火山の監視像について、平均輝度の経時変化を測定し、その時間変業務において、監視項目の１つとして数えられ、毎日の化があるか、またある場合は、他の火山活動のパラメー

最高の高さが記録・公表されている。しかし、噴気は風

タとどのような関係があるかを検証した。

向きや気温、湿度の変化によって大きく高さや形を変える。したがって、ある１日をとってみても、どの時点の2.

噴煙をその日の観測値として代表させるかは大きな問題

2.1.

方法
設置したカメラである。また、気象条件が似た日が続くわけではないの

温泉地学研究所では 2015 年の 4 月末から始まったで、日々観測されている噴煙の量や高さの変化が、火山

火山活動の活発化を受けて、立入規制になった噴気地の放熱量の変化を直接反映しているとは言えない。

帯を自動監視する目的で、5 月から大涌谷駐車場近くの

将来的には、火口周辺で気象条件を精密に測定し、噴通称「お立ち台」に安価なタイムラプスカメラ（Brinno

気のシミュレーションと合わせて、噴気の大きさや形状

社製 TLC-200）を設置した（以下、TLC-200；写真１・２）。

から、火山の放熱量を定量化することが可能になるかもTLC-200 は 指 定 し た 時 間 お き に 約 90 万 画 素（ 横しれないが、火口付近で大量の気象データを取得するた

1280 pixel ×縦 720 pixel）、視野角 59 度のデジタル写めに必要な機器への投資や、噴煙を精密にシミュレート

真を自動的に取得し、MPEG4 形式の動画に変換して保するのに必要な計算機資源を考えると、現時点では現実存する機能を持っている。TLC-200 は大涌谷が部分開的ではない。

放となり、お立ち台へ観光客等が立ち入れるようにな

箱根火山では 2015 年 5 月から噴気活動が活発化し、った 2016 年 7 月 26 日の前日の、7 月 25 日午前に撤同年 6 月 29 日に噴火をした（萬年、2015）。噴気活動収をした。撮影データは、おおむね 1 〜 2 週間に一度、活発化を受けて、噴気地帯を監視するため、当所のほか、現地に赴いて SD カードを交換することにより回収した。

気象庁や産業技術総合センター（当時）が大涌谷に自動

画像取得間隔は時期によって 10 秒から 30 秒の間で異的に噴気地帯の画像を取得するカメラを設置した。これなる（表１）。

らのカメラにより、１日あたり数千枚オーダーの画像が設置に当たって、TLC-200 はメーカー純正の専用飛得られた。このような大量の画像から、噴気活動の消長沫防水ケース ATH100 に入れ、三脚に載せた上で、結に関する示唆が得られないかという疑問が、本研究の出束バンドでお立ち台の手すりに固定した。飛沫防水ケー

発点である。

スにはカメラの他、内部結露防止のためシリカゲルの粒

これらのカメラで撮影されている噴気とは、噴気孔かを入れ、データ回収の度にこれを交換した。

ら可視光で白く立ち上る噴気で、本報告ではこの量を「見かけの噴気量」と呼ぶ。噴気は多くの場合、白くて明る* 神奈川県温泉地学研究所〒 250-0031

神奈川県小田原市入生田 586

報告 , 神奈川県温泉地学研究所報告 , 第 49 巻 ,39-48, 2017–39–

Legend
Crater formed during
the 2015 eruption

Fumarole newly formed
during the 2015 eruption
Steam wells blew out
during the 2015 eruption

Owakudani
No.39

Other representative
steam wells
Time Lapse Camera

N

No.52
15-1
Soun-jigoku

150 m
写真１

本研究で用いたカメラの設置位置と火口域の関係

TLC-200

2015.5.8
写真２

本研究で用いた TLC-200 カメラの設置状況。設置は 2015 年 5 月 8 日に行われたが、撮影に失敗したため、安定的な運用が始まったのは同年 5 月 21 日からとなった。噴気を上げているのは第 39 号蒸気井。

–40–

表１

大涌谷に設置したタイムラプスカメラと設置期間、撮影間隔。

CameraSerial Number

FirmWare

Start

End

Shooting interval (s)

note

TLC1

TBF3800789

1.01.62015.5.21

2015.11.20

10
30
20
30

For the shots from July 15 to 21, time
was assumed from sunrise and sunset
time since time stamp was notavailable. Replaced by TLC2 since thehousing deteriorated.

TLC2

TBG2400462

1.02.32015.11.20

2016.4.17

30

TLC1

TBF3800789

1.02.32016.4.26

2016.7.24

30

2015/5/21-6/1
2015/6/2-7/21
2015/7/22-10/15
2015/10/16-2016/7/25

Break down during strong wind on April
17.
Replacing TLC2. Removed before
Owakudani area was opened to public.

776 x 378

15-1

No.52
No.39

図1

TLC-200 で撮影された画像の一例。本研究で解析に利用した範囲は点線の枠で囲まれた部分で、横 776、縦 378 ピ
クセル。この範囲の中に、39 号井、52 号井など、2015 年の活動で暴噴した井戸が入るが、15-1 火口は含まれない。

2.2.

動画に変換されて記録される。画像の解析は静止画で行

撮影時間帯

TLC-200 は、日中に画像を取得し続けることが可能

うので、動画から各コマを切り出す必要がある。これにであるが、全ての画像を解析することはデータ量が大きはフリーウエアの ffmpeg を用いた。

くなりすぎて取り扱いが難しくなる。くわえて、季節に

TLC-200 は SD カード交換時にカメラを三脚から取りよる日照時間の変化や、光の方向の違いをどう取り扱う

外すために、撮影範囲が変化してしまう。このため、全かが問題となる。

期間を通じて共通している撮影範囲をフリーの画像処理

そこで今回は、毎日の正午を挟む時間帯の画像についソフトウエア ImageJ で切り出し、これを解析用の画像て解析をすることとした。正午頃であれば、太陽が概ねとした（図 1）。

南中しており、季節による太陽の方向の違いが最小限に抑えられると考えたためである。

2.4.

画像の解析

動画から解析用の静止画を取り出したのは観測全期間

画像の解析は ImageJ と著者が作成した Ruby スクリを通じて 11:45 から 12:15 の間であるが、取得インタ

プトを用いて行った。ImageJ では、切り出した画像範ーバルが 10 秒から 30 秒の間で異なる（表 1）。

囲の輝度別画素数を出力させた。輝度のレンジは 256階調である。Ruby スクリプトは、画像１枚毎の輝度別

2.3.

画素数から平均輝度、標準偏差、モード、歪度、尖度を

画像の切り出しTLC-200 では、一定時間ごとに撮影された静止画は計算できる。本報告では、毎日の正午を挟む時間帯に得–41–

Corrected Av. Brightness (B20) Average Brightness (B)

Eruption

200

a

180
160
140
120
200

b

180
160
140

Rate of foggy image
0.00 – 0.10120

0.50 – 0.10

CO2 (ppm)

2000

0.75 – 0.50

c

1500

0.75 – 1.00

1000

CO2/H2S ratio in Owakudani

500

d

25
20
15
10
5月

7月

9月

11月

1月
2015 - 2016

3月

5月

7月

Date

図2

(a）平均輝度の時間変化。(b) 平均輝度を三島の気温で補正した補正平均輝度の時間変化。(c) 大涌谷における換気中の CO2 濃度。(d) 大涌谷における換気中の CO2/H2S 比率。a および b の実線は、当日および前２日、後２日の５日間の平均値。2015 年 7 月にある赤線は 2015 年噴火の期間を示す。a および b では、平均輝度 30 以下の画像の割合を色別に示した（凡例を参照）
。

–42–

(a)

(b)

200

B = 154.64 + 0.011448T
Average Brightness (B)B = 171.95 - 0.79232T

Average Brightness (B)

200

180

160

140

180

160

140

R = -0.51305
120

120
0

図3

10

20

30

40

R = 0.016869
20

40
60
80
Humidity at Mishima (%)100(a) 三島における気温と平均輝度の関係。(b) 三島における湿度と平均輝度の関係。平均輝度 30 以下の画像の割
合を色別に示した（図２の凡例を参照）。

られた画像の平均輝度を日別平均輝度と呼び、その観測た、アメダス観測点のうち最近傍の箱根（芦之湯）では結果を報告する。

降水量データしか得られておらず、小田原、御殿場両観
測点では気温は測定されているものの、湿度の観測はさ2.5.

れていない。そこで、やや離れているが、気温と湿度の悪天候時の画像

画像には霧のため、噴気地帯が全く写っていないもの両方が記録されている三島の毎日正午の観測値と日別平も含まれる。このような画像は、経験上、輝度の標準偏均輝度を比べたのが図５である。

差が 30 以下であることがわかった。また、目視では明まず、気温との関係を見ると、大きなばらつきはあ

らかに晴れの時に撮影した画像と、曇りの時に撮影した

るものの、大局的には気温が上昇すると、平均輝度が画像がある。一方で、撮影時の天候を判断するのが難し下がる負の相関が認められる（相関係数 = –0.513）（図い画像もあった。大涌谷では立入規制が実施されていた

3a）。これは、気温が高いほど飽和水蒸気量が多くなる

ため、取得された画像以外で天候を判断することはできので、噴気中の湯気（水粒子）が水蒸気になりやすく、ない。このため、撮影した画像はすべて日別平均輝度の湯気が消滅しやすいことを反映していると考えられる。

計算対象とした。但し、以下に示す図では、輝度の標準

一方、湿度と平均輝度との間には、相関関係がほとん

偏差が 30 以下の画像を「霧の時の画像」とし、取得画ど認められなかった（相関係数 = 0.017）（図 3b）。

像総数に占める割合を示した。
3.3. 「霧の時の画像」の影響
3.

今回は霧のために噴気地帯が写っていない画像も解析

結果と考察

3.1.

に含めているので、これが経時変化に及ぼす影響を評価

平均輝度の経時変化

図 2a に日別の平均輝度平均値の変化を示す。日別平することは重要である。図 2 および図 3 では、「霧の時

均輝度は、2015 年の噴火直後に多少高い値が観測されの画像」の割合を色別に示した。

たものの、噴火前後で大きな変化は見られない。しかし、

まず、気温と平均輝度の関係を見た図 3a をみると、「霧2015 年 11 月後半頃から急増し、12 月半ばにピークをの時の画像」が多い日の平均輝度が、その他の平均輝度迎えた。その後は急減したものの、10 月以前のレベルの分布に比べて著しく偏っているようには見えない。まには戻らなかった。2016 年１月後半以降は、増減があた、三島の湿度と平均輝度の関係を見た図 3b を検討するものの全体的にはほぼ横ばいのように見える。

ると、三島の湿度が 70％を超えると、「霧の時の画像」の割合が目立って多くなるものの、「霧の時の画像」が3.2.

多い日とその他の日とで、平均輝度に大きな違いは認め

平均輝度と気温・湿度の関係

見かけの噴気量は気温や湿度とは関係があることが予られない。

想されるが、大涌谷では気象観測が行われていない。ま以上のことから、噴気地帯が写っていない画像を解析
–43–

写真 3

異なるファームウエアをインストールしたカメラによる並行観測の様子（2017 年 7 月 6 日撮影）。

に含めたことが、経時変化の検討に及ぼす影響は限定的

度では 12 月の輝度増加のあと、それ以前のレベルに戻であると考えられる。実際、図 2 を見ても、「霧の時のっていないように見えたが、補正平均輝度では 12 月の画像」が多い日の観測が、他に比べて著しく偏っている

輝度増加の前後の輝度レベルは概ね同じように見える。

ようには見えない。

もう１つは、2016 年 3 月以降の様子で、平均輝度では、横ばいに見えたが、補正平均輝度は増加をしている

3.4.

ように見える。

気温補正平均輝度の経時変化

平均輝度と三島における気温には相関関係が認められたので、異なる気温の時に観測された観測された平均輝3.5.

火山ガスとの関係

度を比べるため、気温補正することにした。補正後の平大涌谷園地内の建物には、床下で火山ガスが自然に放均輝度は、三島における気温が 20℃の時の換算値とし散されているため、換気施設が設置されているものがあ

補正平均輝度（B20）とする。三島の気温（T）と日別平る。当所では、換気口から排出される火山ガス（CO2、均輝度 B の間にはH2S）を概ね１〜２週間に１度の頻度で検知管により測B = 171.95 – 0.79232 T

定をしている。既往研究によれば、箱根火山では、噴気の関係が認められたので、B20 は中の CO2 および CO2/H2S 比が、群発地震など火山活動

B20 = 171.95 + 0.79232(T – 20)の活発化とともに上昇することが知られている（大場ほとなる。

か、2008）。

このようにして得られた日別の補正平均輝度変化を示

換気中の火山ガスは、噴火後の 2015 年 10 月から測したのが、図 2b である。これをみると平均輝度と同様、定を始めたが、2015 年 12 月に CO2 および CO2/H2S 比

補正平均輝度にも噴火直後や、12 月の輝度増加が認めの増加が顕著に認められる（図 2c および d）。前述の通られる。一方で、平均輝度と補正平均輝度では異なる点

りこの時期には、平均輝度および補正平均輝度の上昇がもあり、以下の２点は注目される。

見られる（図 2a および b）。この時期には、地震地殻変動の活発化は特に認められないが、非地震性の熱水活動

１つは、12 月の輝度増加前後の変化である。平均輝
–44–

220

Average Brightness (1.02.3)

200

180

160

140

120

100

図4

100

120

140
160
180
Average Brightness (1.01.6)

200

220

異なるファームウエアでほぼ同時に観測された画像の平均輝度の比較。横軸がファームウエアバージョン 1.01.6、縦軸が同 1.02.3 の平均輝度。

の活発化があったのかも知れない。

カメラの機差はないと推定されるが、2015 年 11 月下CO2 および CO2/H2S 比は、その後、2016 年２月頃と、旬の入れ替え前後では、ファームウエアの違いがある（表

7 月頃に僅かな上昇が認められる。平均輝度および補正

１）。

平均輝度は１月上旬から２月上旬、および７月上旬に高そこで、ファームウエアの違いによる、平均輝度のい時期がある。しかし、この程度の変動は他の期間にも違いを検証するため、２つの TLC-200 カメラにファー認められるため、噴気活動の活発化とは言い切れないよ

ムウエア 1.01.6 と 1.02.3 をインストールして、ほぼ同うに考えられる。

じ風景を同じ期間撮影して、その違いを見た（写真 3）。

補正平均輝度は、前述の通り 2016 年３月頃から漸増

実験は、2017 年 7 月 6 日と、9 月 29 日の２回、大涌しているように見える。一方、CO2 および CO2/H2S 比谷のお立ち台で実施した。結果を図 4 に示す。

は７月頃増加を見せるものの、３月から６月まで横ばい

この結果を見ると、ファームウエアの違いによる平均で、３月頃から噴気活動が活発化しているようには見え輝度の系統的な違いを認めることはできない。したがっない。

て、2015 年 11 月下旬以降の、平均輝度急増はファームウエアの違いに起因するものではないと結論できる。

3.6.

ファームウエアの影響

前述の通り、平均輝度、補正平均輝度ともに 2015 年

3.7.

他の方法との比較

11 月下旬に急上昇を見せたが、ちょうどこの時期にカ

神奈川県温泉地学研究所（2016）では、本研究でメラの入れ替えが行われた。カメラの入れ替えは 2016用いたものと同じ画像から、HSV 色空間で S が 0 から

年 3 月にも行われ、この時は平均輝度や補正平均輝度

15.6%（ImageJ 上 で は 255 段 階 で 0 か ら 40）、V がに大きなギャップは認められない。したがって、２台の78.4%（同 200）を超えるピクセルを噴気と仮定し、そ–45–

Average Brightness

190

a)

180
170
160
150
140
130

Average Pixel number (V ≥ 200)

20×10

4

b)
15×10

4

10×10

4

5×10

4

0

5月

7月

9月

11月
Date

図5

1月
2015 - 20163月

5月(a) 平均輝度の時間変化（図 2a と同じ）。(b) HSV 色空間で、S が 0 から 40、V が 200 以上を示すピクセル数の日
別平均の時間変化。

のピクセル数（以下、V200）の時間変化を報告した。

たが、V200 は噴気そのものを捉えられる可能性がある

HSV 色 空 間 と は、Hue ( 色 相 )、Saturation（ 彩 度 ）、

ので、今後とも検討に値する指標であると考えられる。

Value（明度）の３成分からなる色空間である。上記の一方、V200 は曇りなど天気が悪い日に低くなる傾向が

範囲は、彩度が低く、明度が高いことを意味し、噴気のあり時折０になる。図 6 では、平均輝度と V200 に相ような白色の部分を画像から抽出できる。

関関係があるように見えるものの、プロットが下側に多神奈川県温泉地学研究所（2016）では、カメラの画い。これは、V200 の方が天気の悪い日に敏感に反応す

角変化を補正せずに解析した値を示したが、本研究と同るためと考えられる。

様の時間変化を示した（図 5）。今回、改めて平均輝度との関係を見たところ良い相関関係が認められた（図

3.8.

6）
。

撮影時刻による違い

神 奈 川 県 温 泉 地 学 研 究 所（2016） で は、 前 述 の今回は、非常に単純な平均輝度を用いて時間変化を見

V200 について、正午以外に 11 時および 13 時の正時

–46–

Average pixel number (V ≥ 200)

20×10

4

18×10

4

16×10

4

14×10

4

12×10

4

10×10

4

8×10

4

6×10

4

4×10

4

2×10

4

0

図6

130

140

150

160

170

Average Brightness

180

190

日別の平均輝度（縦軸）と、HSV 色空間で S が 0 から 40、V が 200 以上を示すピクセル数の日別平均（横軸）の関係。

前後 30 分間の時間変化を見ている。これによれば、画度が高い。この理由はわからないが、今回は大涌谷のご像取得時間帯による系統的な変化は認められていない。

く一部の画像しか取り出すことができなかったため、平今後は平均輝度においても同様の結果が得られるか、ま均輝度が噴気の高さやボリュームを反映した指標になった同様に扱えるデータが増えることで、噴気活動の消長ていない為かもしれない。これについては、今後も検討

をより精度高くモニターできるかを検証する必要があ

が必要である。

る。

噴気地帯全体の見かけ噴気量を測定するには、噴気の全貌が写るようなより大きい範囲の画像を取得する必要4.

がある。神奈川県では、噴火後、大涌谷の北約 2km の今後の課題
本研究では、噴火直後や、2015 年 12 月に、平均輝地点にライブカメラを設置したが、このカメラは大涌谷

度の上昇が認められ、火山活動の活発化と関係しているの全体を画角内に収めているので、今後、検討を進めて可能性が示唆された。平均輝度という単純なパラメータ

いきたい。

が、火山活動の消長を何かしらの形で反映している可能

今回は、平均輝度と気温に相関関係があるらしいこと性が明らかになったが、数多くの問題が残されている。

がわかったが、気温は三島の観測値である。大涌谷の気

直感的には、噴火直後の噴気活動が観測期間中ではも温を使えば、図 3a に見られるばらつきがより小さくな

っとも活発だったと推定されるが、今回の結果を見るとる可能性がある。

噴火後半年ほど経った 2015 年 12 月頃のほうが平均輝

今回報告を行ったタイムラプスカメラは撤去したが、–47–

箱根春山荘に神奈川県が設置したライブカメラを用いる

クセル数と正の相関関係があり、見かけの噴気量を反映ことで、画像による噴気観測は現在でも可能である。今していると考えられる。

後は風向きなどもあわせて観測を行い、多変量解析法を

平均輝度のような単純なパラメータでも、噴気活動を導入するなどして、気象条件との相関を求め、噴気量の反映している可能性があることがわかったが、平均輝度

気象補正を行うことも試みたい。

と風など気温以外の気象条件との関係が不明であるほか、撮影範囲の選定などにも改善すべき点がある。今後、

5.

画像による見かけ噴気量のモニタリングをすすめるにあ結論2015 年の火山活動活発化を受けて設置されたタイム

たっては、画角の工夫や、気象データを大涌谷で取得す

ラプスカメラで撮影された噴火とその前後の写真から、るなどの改善が考えられる。

毎日の正午を挟む前後 30 分間（11:45 ~ 12:15）に撮影されたものを取り出し、日別の平均輝度を計算した。

参考文献

平均輝度は気温と負の相関が認められたため、気温補正

神奈川県温泉地学研究所（2016）箱根山，第 134 回火をした補正平均輝度を求めた。平均輝度、補正平均輝山噴火予知連絡会資料，98-109．

度ともに、2015 年 6 月 29 日に発生した噴火直後と、萬年一剛（2015）箱根火山の観測・研究と 2015 年噴火，2015 年 12 月頃に値が高くなった。前者は噴火に伴う地質と調査，145, 26-31.

噴気の活発化、後者は同時期に火山ガスに変化が認めら

大場

武・代田

寧・澤

毅・平

徳泰・撹上勇介（2008）

れることから、噴気活動の活発化を反映している可能性

箱根カルデラ中央火口丘大涌谷地熱地帯におけるがある。

火山ガス組成の時間変化，神奈川温地研報，40,

また、平均輝度は HSV 色空間で噴気と判断されるピ

1-10.

–48–