2015年2月6日災害・危機管理ＩＣＴシンポジウム2015

2008年２月６日桜島昭和火口の爆発的噴火

気象研究所における火山研究-火山現象のメカニズム解明と噴火予測に向けて-

気象研究所火山研究部
横山 博文

本日のお話の流れ

 活火山について
 火山の監視・観測 気象研究所の火山研究
 御嶽山噴火と気象研究所の成果
 今後の取り組み活火山について

日本の活火山

４７火山で２４時間体制で常時監視さらに３火山(八甲田、十和田、弥陀ヶ原)を追加
・活火山の定義（平成15年１月２１日）
概ね過去１万年以内に噴火した火山及び現在活発な噴気活動のある火山

2011年６月７日 110火山

活火山について

火山災害の特徴•小規模噴火から地球規模に影響を及ぼす破局的噴火まで幅広いスケール•ごく小規模な噴火でも火口付近では生命に関わる•いったん活動が活発化すると長期化する•被害をもたらす現象の種類が様々
噴石、降灰、空振、火砕流、溶岩流、熱風
地震、津波

噴火の規模活火山について

VEI

テフラ噴出量（m3）8>101271011～1012

61010～1011

過去の主な噴火

規 模
巨大Yellowstone (更新世), Toba (73000年前)
鬼界カルデラ (7300年前), Tambora (1815)
Krakatau (1883), Pinatubo (1991)
Vesuvius (79), 榛名山 (550), 浅間山 (1108),
北海道駒ヶ岳 (1640), 有珠山 (1663),
樽前山 (1667), 富士山(1707),
St. Helens (1980)ほか

5109～1010

非常に大規模4108～109

大規模

浅間山 (1783), 桜島 (1914),
Eyjafjallajökull (2010) など多数

3107～108

やや大規模

伊豆大島 (1986) , 三宅島 (2000),新燃岳 (2011) など多数

2106～107

中規模

浅間山 (2004) など多数

1104～106

小規模

桜島 (近年)

0<104

非爆発的気象庁における火山の観測・監視(主な観測機器)

ひまわり

GPS衛星等

遠望カメラGNSS

空振計

傾斜計

噴火警報、降灰予報、航空路火山灰情報などに活用

地震計

火山の監視・観測

地震計

マグマの上昇や熱水等の体積膨張に伴い、地下で破壊が起こり地震が発生する

マグマの移動がわかる

地震計による観測火山の監視・観測

GPS衛星等による観測(衛星測位)

２点間の距離変化を精密に測る

地下の体積変化がわかる

地殻変動観測(傾斜計、ＧＰＳ)

火山の監視・観測

地面の傾きを精密に測る

地下の体積変化がわかる

傾斜計による観測

地殻変動観測(傾斜計、ＧＰＳ)

9/29

火山の監視・観測

ラピッドスキャン(10分間隔)で捉えたケルート火山の噴火

ひまわり

傾斜計
地震計

気象研究所における火山研究
火山研究部 (平成26年4月発足)
第一研究室

マグマの動きなど、地中における火山活動に関する研究【重点研究】 地殻変動観測による火山活動評価・予測の高度化に関する研究

第二研究室

噴火に伴う降灰の予測など、噴出物に関係する火山現象の研究【重点研究】 大規模噴火時の火山現象の即時把握及び予測技術の高度化に関する研究

気象研究所における技術開発や解析事例の紹介●地殻変動データの解析
地殻変動データからマグマの挙動の推定手法の開発。
潮汐、気圧、降水などによる火山活動以外の原因による変動や気象条件(気温、水蒸気量等)などに伴って生じる様々なノイズを除去し、火山活動に伴う微少な変動を検出する技術の開発。
●地震波形の解析
火山に設置した地震計で観測される波形は、岩石の破壊に伴うと考えられる地震や、マグマなどの流体の動きを反映した震動波形が観測されるがその発生メカニズムの解明。
●レーダーによる噴煙観測
気象レーダーにより噴煙が捉えられることは以前から知られているが、降水粒子と区別したり、噴煙中の粒子の分布状態などを観測する手法の開発。
傾斜計●風に流される小さな噴石(火山礫)や火山灰の予測
火山礫、火山灰の拡散・降下予測技術の開発

気象研の火山研究

衛星測位データの補正

水蒸気や電離層による電波の遅延補正が必要

気象研の火山研究

GPSデータの気象補正

気象研の火山研究
降⽔なし

タンクモデルを用いた降水補正
地表⾯を濡らす程度の少⾬

傾斜計の両⽅に均等に荷重がかかるだけであれば、傾斜計は変化しない。

⼤⾬

地下⽔流動によって荷重バランスが崩れ、傾斜計に変化

気象研の火山研究

地殻変動データのスタッキング

地殻変動の時系列データを足し合わせノイズに埋もれたシグナルを検出する手法

Ａ
Ｂ

１．ノイズで規格化（変化の形は相似）

Ａ
Ｂ

Ｄ

Ｃ

ＣＤ

Ｅ

Ｅ

２．極性合わせSN比の向上！

３．スタッキング（東海監視での手法を火山監視に応用）

気象研の火山研究

衛星搭載合成開口レーダー(SAR)による観測◎衛星に近づく場合

衛星⇄地表間の距離変化
（短縮）

SAR衛星
◎衛星から遠ざかる場合

SAR衛星

衛星⇄地表間の距離変化（伸張）
SAR干渉画像
SAR干渉画像

実際の地殻変動（隆起）
実際の地殻変動（沈降）気象研の火山研究
富士山宝永噴火シミュレーション
富士山宝永噴火シミュレーション

12/16 10JST～01/02 00JSTまで（1日ごと）冬（2012年12月）のGPVを用いた場合
3D可視化（↓），積算降灰量の予測（→）

噴煙高度(km)

km96mm

15mm

2.5mm

0.40mm65μm

10μmMiyaji et al. （2011）

2014年の御嶽山噴火

気象レーダーで観測された御嶽山の噴煙

２０１４年の御嶽山噴火

 先行現象•９月１０日から火山性地震の増加•噴火直前まで明瞭な地殻変動は観測されず•噴火１１分前から火山性微動•噴火７分前から傾斜計の変化
 ２０１４年９月２７日１１時５２分発生
 火山灰に新鮮なマグマ物質を含まない水蒸気噴火
 噴煙の高さは火口上約7000m(レーダーによる)
 噴出物の総量は約50万トン
 火砕流が最大約2.5km流下これまでの御嶽山噴火

 １９７９年に水蒸気噴火(有史以来)
噴出物総量は20数万トン
 １９９１年ごく小規模な水蒸気噴火
 ２００７年ごく小規模な噴火
2014年の噴火は場所、規模ともに１９７９年の噴火に近い

水蒸気噴火・マグマ噴火

2014年の御嶽山噴火

マグマ噴火

水蒸気噴火
新鮮なマグマを含まない火山灰

新鮮なマグマを含んだ火山灰
溶岩の流出

熱水だまり

マグマの上昇マグマだまり

水蒸気噴火

マグマ噴火

噴火事例

2014年御嶽山など

2011年霧島山新燃岳など

噴火の原因

熱水の沸騰

マグマの発泡、上昇

噴出物の温度

それほど高温ではない（～200℃）

高温（900－1000℃）

噴火規模

多くは小規模な噴火

大噴火、巨大噴火になりうる

前兆現象

局地的、小規模で捉えにくい

マグマだまりの膨張などが捉えられる

気象研の解析事例

御嶽山の火山性微動の震源推定

通常、震源決定は地震波の到達時刻(震源から遠いほど遅い)を用いる
が、火山性微動は立ち上がりが不明瞭で時刻を特定することは困難
時間差の代わりに、振幅(震源から遠いほど小さくなる)の違いを用いて計算
噴火直前に震源が深い方に移動

気象研の解析事例

御嶽山噴火前後の火山性地震のスペクトルの違い

噴火前

噴火後

高周波タイプ

高周波タイプ

低周波タイプ

低周波タイプ

高周波タイプ

低周波タイプ噴火前後で発生する地震のタイプが変化気象研の解析事例

御嶽山のGNSSデータのスタッキング伸び

12

噴火前の微少な変化を検出435

気象研の解析事例

2011年

降水補正後の傾斜計データによる御嶽山の地殻変動の検出

斜計ＥＷ成分
降水補正なし傾斜計ＥＷ成分
降水補正あり山上がり（東下がり）

御嶽山アメダス
単位時間降水量2012年
傾斜計ＥＷ成分
降水補正なし傾斜計ＥＷ成分
降水補正あり
御嶽山アメダス
単位時間降水量

噴火前の微少な変化を検出

2013年
傾斜計ＥＷ成分
降水補正なし傾斜計ＥＷ成分
降水補正あり
御嶽山アメダス
単位時間降水量2014年 傾斜計ＥＷ成分
降水補正なし傾斜計ＥＷ成分
降水補正あり↓噴火

御嶽山アメダス
単位時間降水量
御嶽山地震回数積算

田の原傾斜計EW成分の時系列グラフ（2011年～2014年）

気象研の解析事例

傾斜計データによる御嶽山の圧力源の推定

1μ radian傾斜（田の原） 2014/9/27

Nup Eup

深さ：海抜1600m
体積変化量：0.38×106 m3
火孔列

NS

田の原

EW

Erupt.
11:30

11:45

12:00

12:15

12:30

1μ radian傾斜（田の原） 2014/9/27-10/4
NS

12:45

13:00

Nup Eup

噴火直前から顕著な傾斜変化
深さ：海抜1600m
体積変化量：0.38×106 m3

EW

Erupt.
9/26

9/27

傾斜量(down)
観測 計算

9/28

9/29

9/30

10/1

10/2

10/3

10/4

10/5

圧力源

気象研の解析事例

衛星搭載合成開口レーダーによる御嶽山の観測

だいち2号搭載の合成開口レーダー(PALSAR-2)による干渉画像
剣ヶ峰の南西方向(地獄谷)付近で衛星視線方向短縮(約4～6cm)の局所的な位相変化が認められる

今後の取り組み

MPレーダーによる噴煙監視技術の開発

今後の取り組み

水蒸気噴火の予測に向けて御嶽山の噴火災害を踏まえた活火山の観測体制の強化に関する緊急提言(火山噴火予知連絡会観測体制等に関する検討会平成26年11月28日)【これまでの主な観測】•地下で流体(マグマ、地下水、ガス)が移動することに伴う振動や破壊現象を地震計で捉える•マグマや地下水の膨張や収縮に伴う地面の微少な変化(２点間の距離、高さ、傾き)をGPS、傾斜計などで捉える【上記に加えて】•地下の熱の状態変化を地磁気観測により把握•地下水等の化学的な変化をガス観測により把握

これら多項目の観測を火口近くで実施

今後の取り組み

水蒸気噴火をターゲットとした火山の観測

多項目の観測を火口付近で継続的に実施
気象衛星

GPS衛星等

SAR衛星

火口カメラ
磁力計

遠望カメラ
光波測距

レーダー
GNSS 重力計

火山ガス
空振計

火山ガス
(SO2放出量)

地下水
熱マグマ

傾斜計
地震計