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気体-液体界面におけるヨウ化物イオンの溶媒和構造と不均一反応の解明

液体表面(気液界面)は、内側には溶媒が無限に存在する一方、気相側には溶媒分子がほとんど存在しないという極めて特異な微視的環境を形成する。このような不均一な溶媒和環境で、ハロゲンイオンがどのような溶媒和構造をとるかを明らかにすることを目的とした。第一原理計算によると、ヨウ化物イオンは水溶液の表面にも存在する一方、塩化物イオンは内部に存在すると考えられている。我々は、水溶液表面のヨウ化物イオンの吸収スペクトルを測定した。NaI溶液を液体ビームとし、これに対して紫外線を照射すると、ヨウ化物イオンがCTTS状態を経由して光脱離によって電子を放出する。電子の放出深さは1nm程度であるので、液体表面付近から放出される電子を検出することが可能である。光脱離スペクトルから、NaIの濃度が低いときには、ヨウ化物イオンは内部に存在し、濃度が高いときには表面に存在することがわかった。また、表面から生成するイオンを検出することで、Na^+イオンの溶媒和構造を調べた。その結果、Na^+イオンは濃度によらずに表面の内部に存在することがわかった。気液界面は,その内側には溶媒が無限に存在する一方,気相側には溶媒分子が全く存在しないという,極めて特徴的な微視的環境を形成する。このため液体表面の分子は,バルクとは異なる溶媒和構造をとる。本研究の目的は,「気液界面で,分子やイオンがどのような溶媒和構造をとるか。またその溶媒和構造は,溶液表面の化学反応とどのような関係にあるか」を微視的なレベルで解明することにある。平成19年度は。現有の装置および19年度予算で購入したパルスOPOレーザーを用いて,水溶液表面イオンの共鳴多光子イオン化スペクトルを測定した。具体的には,直径20・mの液体ビームを真空容器の上方から下方へ向かって導入した。真空中に導入された液体は,液体窒素トラップによって凍結捕捉した。真空容器全体は汎用の油拡散ポンプで排気され,実験中の真空度は10-6 Torrに抑えた。液体ビームに対して垂直方向からパルスレーザーを照射し,液体表面から放出されるイオンを加速電極に印加されたパルス電場によって引き出し,飛行時間型質量分析器によって,その質量を測定しイオン種を同定した。ハロゲン化ナトリウム水溶液中に存在するハロゲン化物イオンは,紫外真空紫外領域に光吸収帯(CTTS(Charge Transfer To Solvent)バンド)をもつ。ヨウ化物イオンは,5.6eVの領域にCTTSバンドをもつが,その吸収スペクトルは220nm付近にピークをもち長波長側にすそを引いた形になる。一方水溶液表面ではこの吸収が長波長側に0.3eV程度シフトすることがわかった。これは,基底状態のI-の溶媒和の度合いは水溶液中でも表面でも殆ど変化しないが,励起状態のI-*は液体表面でより安定化されるためと考えられる。気体口液体界面は、液体側には溶質・溶媒が無限に存在する一方、気相側には分子が全く存在しないという、極めて特徴的な微視的環境を形成する。このため、液体表面に存在する分子は、バルクとは異なる溶媒和構造をとり、異なる反応性を示すと考えられる。特に、ヨウ化物イオンは、理論計算によると、水溶液表面に多く存在することが示唆されており、これらが環境大気に及ぼす影響は無視できないと考えられている。本研究の目的は、気液界面での分子やイオンの溶媒和構造や化学反応を微視的レベルで解明することである。平成20年度は、現有の装置および19年度予算で購入したパルスOPOレーザーを用いて、水溶液表面イオンの共鳴多光子イオン化脱離スペクトルを測定した。具体的には、液体ビームに対して垂直方向からパルスレーザーを照射し、液体表面から放出される電子を電場によって引き出し、マイクロチャンネルプレートによって、その生成量を測定した。ハロゲン化ナトリウム水溶液中に存在するハロゲン化物イオンは、紫外真空紫外領域に光吸収帯(CTTS(Charge Transfer ToSolvent)バンド)をもつ。水溶液中のヨウ化物イオンは、5.6eVの領域にCTTSバンドをもち、その吸収スペクトルは220nm付近にピークをもつ。我々の測定の結果、水溶液表面ではこの吸収が長波長側にシフトすることがわかった。この結果は、液体表面から生成するイオンを測定した場合と比較しても整合性のとれた結果である。

これらのシフトは、基底状態のI-の溶媒和の度合いは水溶液中でも表面でも殆ど変化しないが、励起状態のI-*は液体表面でより安定化されるためと考えられる。液体表面における溶質イオンの溶媒和構造は、自然界で起こる液体表面での特徴的な反応を理解する上で重要である。しかし、液体表面に関する研究は、非常に困難であり、未だに詳しいことはわかっていない。我々は、真空中を流れる連続液体流である液体ビーム法とレーザー光イオン化を組み合わせることで、NaI水溶液表面の溶質イオンの溶媒和構造について解析した。液体ビームに対して真空中でレーザーを照射し、NaI水溶液中のI-のCTTS(Charge Transfer To Solvent)バンドを多光子励起すると、水溶液表面1nm以内に存在するI-から電子が放出される。放出された電子の信号強度の照射レーザー波長依存性は水溶液表面の吸収スペクトルに相当する。このスペクトルを複数の濃度の場合について測定し、表面領域1nmにおける溶質イオンの溶媒和構造について解析した。その結果、すべての濃度の場合について225nm付近にピークをもつことがわかった。これはNaI水溶液のバルクのCTTSバンドと同じ範囲であることから、表面領域1nm以内のバルクよりに存在するI-から放出された電子であると考えられる。また、濃度の高い領域では、225nmより長波長側に吸収が表れた。表面域にI-が存在する場合、そのI-由来のCTTSバンドは赤方遷移するというJungwirthらの理論計算の結果を考慮すると、表面域にI-が存在することを示唆している。つまり、濃度が濃くなるに伴って表面域にイオンが存在し始めるといえる。また、NaI水溶液に対して、NaBrやNaClを添加しても、兆波長側の吸収が強くなった。これらの結果は、、NaBrやNaClが、NaIを表面に押し出す効果があることを示唆している。
小型船舶による救急患者搬送用の防振架台に関する研究

小型船舶への搭載を想定した救急患者搬送用防振架台のばね機構、制御則に関して研究を行った。まず、患者にかかる負担は搬送患者の上下加速度によるものとし、防振架台の伝達特性に対する仕様を決定した。次に、防振架台に用いるばねの理想的な弾性特性について検討し、複数の引張ばねを組み合わせた非線形ばね機構を考案した。そのばね機構を有する実物大の防振架台を製作し、防振架台を小型化できる可能性を示した。最後に、電子制御用アクチュエータの制御則の候補をいくつか挙げ、制御入力の最大値、感度特性、入力外乱抑制特性、観測雑音除去特性の4つのフィードバック特性を用いて評価した。その結果、スカイフックダンパ制御が制御入力の最大値を抑制できており、装置の小型化が期待できることがわかった。また、搬送患者の体重差に対するロバスト性の尺度となる感度特性についても、スカイフックダンパ制御は良好な特性を示すことがわかった。文献等によって,航行中の小型船舶の船体振動,沿岸部で生成される波海洋のスペクトルを調査した.小型船舶の最大船速,固有振動数、防振架台の設置位置を基準に,防振架台に対する振動入力の最大片振幅,主たる振動数を明らかにした.船舶の乗り心地評価に関する文献,および,船酔率(MSI)を用いた実船実験に関する文献から、防振架台上の搬送患者が耐えうる上下加速度の限界値を調査し,防振架台の振動伝達特性が満たすべき仕様を明らかにした.以上の調査結果を基に防振架台の機構を数値シミュレーションによって検討した結果,ばねとダッシュポットから構成されるパッシブ方式よりは,外部エネルギを利用して振動伝達の電子制御を行うアクティブ方式が有用であることが分かった.アクティブ方式の構成要素の一つであるアクチュエータの制御則にスカイフックダンパ制御を採用することで,パッシブ方式では実現困難な上述の仕様を容易に実現できることを確認した.また,平衡時のサスペンションストロークを測定し,あらかじめ設定した標準体重と実際の搬送患者との体重差を推定して制御則に利用することで」体重差が防振性能に与える影響を補正できることを確認した.小型船舶では使用する電源容量に制約があるので,アクチュエータの消費エネルギはできる限り少ないほうが望ましい.そこで,防振架台のばね要素の弾性特性について検討した結果,初圧縮特性を有し,平衡時の見かけのばね定数が小さい弾性特性が有用であることが分かった.そのような弾性特性を示すばね機構を今年度は考案したので、今後は実験装置を製作し実用性について検討する予定である.防振架台にばねとダンパの要素からなる機構を用いた場合,比較的低周波数の成分を有する入力振動に対して患者の加速度までの伝達仕様を満たすにはばねを極端に柔らかくしなければないが,一般的な線形コイルばねでは支持剛性が著しく低下する.そこで,圧縮ばね,引張ばねを並列に配置した新たなばね機構を考案し数値シミュレーション等によってその有効性を詳細に検討した.また,小型船舶用の防振架台の機構を考える上でもう1つ問題となるのは,防振架台に搭載する患者の体重差が著しく大きく不特定となることである.そのような問題に対して,設置スペースに制限がある小型船舶で使用する場合,ストレッチャー搭載面の平衡位置をある程度一定に保持する機能が必要と考えられる.そこで, DCサーボモータ,ボールねじを利用して上述のばね機構に平衡位置調整機能を付加することを考案した.DCサーボモータの回転運動はボールねじを介して直線運動に変換され,支持剛性を主に担う圧縮ばねの下方端面位置を上下させる.その結果,ばね機構の予荷重を体重差に合わせて調整することが可能となる.以上述べたばね機構の有効性を検証するために,スケールダウンした試作機を製作して実験したどころ, DCモータを適当に動作させれば平衡位置を基準高さに調整できることを確認した.ただし,ばね機構において複数個のばねを並列に使用する場合,その配置が適切でないと摩擦の影響が多大となり望ましい伝達特性を得ることが困難であることが分かった.以上の実験結果を踏まえ,今後は実スケールの防振架台の試作に取り組む予定である.前年度の研究成果を発展させ、防振架台を実際に利用する上で発生する問題に対処可能な理想弾性特性について検討を行った。その結果、患者の差異による質量変動と、通常ストローク外での衝突に伴う急激な加速度増加の2点に対処可能な理想弾性特性を明らかにした。その理想弾性特性を実現するために、圧縮ばねと引張ばねからなるメカニズムを考案したが、考案したメカニズムをそのまま利用して実際の防振架台を製作すると、防振架台のサイズが非現実的なものとなることが明らかとなった。

そこで引張ばねのみを組み合わせたメカニズムを新たに考案し、実スケールの防振架台を製作した。製作した防振架台によって、理想弾性特性を実現しつつ、先述のサイズの問題を解決できることを実際に確認した。一方、防振架台の能動的要素として、DCブラシレスモータとボールねじを組み合わせたアクチュエータを製作した。そのアクチュエータを制御入力としてフィードバック制御系を構成するための制御則を種々検討した。実際の防振架台では、アクチュエータの出力を抑える必要があることや、質量変動などのパラメータ変動、摩擦、観測雑音の存在といった問題がある。したがって、種々の制御系においてこれらの問題がどのように影響するかを、制御入力の最大値、感度特性、入力外乱抑制特性、観測雑音除去特性の4つの指標によって評価した。その結果、絶対速度フィードバック則であるスカイフックダンパ制御が制御入力の最大値、感度特性、観測雑音除去特性において特に良好な特性を示した。ただし、入力外乱抑制特性が若干劣ることからその改善のため絶対加速度フィードバック則の併用を検討した結果、観測雑音除去特性とのトレードオフが生じることになるものの良好な特性を示すことがわかった。
熱蛍光法に基づく年代測定システムの研究開発

本研究では、TL年代測定の研究推進に貢献することを目的として、温度制御系の設計からTL測定に至るまでのTL年代測定用計測制御システムの研究開発を行った。その成果を以下に述べる。1)TL発光強度から年代を測定する場合には、規範的データと我々の計測した実験結果を比較することにより種々のノウハウを構築することが可能となった。2)発光データに対し、時空間周波数解析法として有力な解析手法であるウェーブレット解析を適用することで、新たな知見が生まれた。次に、試料を一定速度で加熱する定速昇温制御系の設計問題では次の手法を用いた。1)近年、その理論が確立したロバスト制御法の範疇であるH無限大制御やモデル予測制御理論を積極的に導入し、改良を加えることにより、従来の制御法では実現できないような高精度(絶対値誤差±0.1%以内)の制御性能を発揮することが可能となった。2)われわれが提案した最適ディジタル制御系の適用も試みた。この手法は、システムのステップ応答の情報から制御系を設計するという特徴を有するため、システム同定から制御系設計までを一貫して行えるという利点がある。この制御系をTL年代測定用計測制御システムに導入することで、温度制御系からTL発光強度測定までを統合的に実行するシステムを構築することが可能となった。さらに、本研究で提案したディジタル式最適制御系は振動制御問題へ応用可能であることも明らかになった。放射線照射された鉱物を加熱するときに観察される熱発行現象は熱蛍光(Thermoluminesscence,TL)と呼ばれる.TL量は被爆した放射線量に比例する線量依存性を有する.近年,その性質を用いた物質の年代測定法はTL年代測定法として地質学,考古学の分野で注目されている.我々は平成3年度からこの研究に着手しているが,本年度,試料を一定温度で昇温するためのヒーターの温度制御系の開発を行った.それは,TL年代測定システムにおいて不可欠となる技術である.今回用いたマイクロヒーターは入力が電圧あるいは電流となるため,その温度特性は入力に関しおのずと非線形特性を有する.すなわち,制御系の設計が著しく困難となる.我々の試みた制御方式は,近年,ロバスト制御系の設計法として注目されているH∞制御方式と,先駆的なアドバンスト制御方式と位置づけられるモデル予測制御である.量制御方式とも,目標値との偏差が±0.5°Cで抑えられる.市販のプログラマブルな温度制御系の性能は,目標値との偏差が±2.5°Cであるため,本設計法は非常に良好ば制御方式であることが確認された.次に,TL発光データの周波数解析を行うための基礎的技術である,オンラインスペクトル解析,ウェーブレット解析のデアタ処理系の構築を行った.この技術により,TL発光強度や波長のオンライン時空間解析が可能になる.この2つの改良点は,TL年代測定の精度を向上させる意味で非常に有用となると期待される.本研究は、放射線照射された物質を加熱したときに発生する発光現象(熱蛍光;Thermoluminescence,TL)を用いて、その物質の生い立ちを推定する、熱蛍光法年代測定システムの研究開発である。熱蛍光(TL)量は、被爆した放射線に依存する線量依存性を有し、また、それは、加熱する際の上昇温度速度(単位時間あたりの上昇温度の割合)や、ある温度レベルを保持する時間と密接に関係する。従って、物質の加熱温度制御は、熱蛍光年代測定法における重要な因子となる。ところで、物質を加熱する加熱体としては、一般に電気抵抗体を利用したヒーターが用いられる。当然のことながら、電気抵抗体は温度に依存するため、入力を印加電圧、出力を温度としたときの入出力関係は非線形特性を有する。ここでは、まず、この非線形特性に有するヒーターの温度制御系を構築するために、種々のアドバンスド制御論を導入した。特に、非線形特性に対するロバスト制御系として注目されているH無限大最適制御と、実データを制御系に組み込むことによりシステムのモデル化誤差を吸収するモデル予測制御系を構築した。また、TL発光量の測定では、その発光スペクトル情報を用いることにより新たな知見が生まれた。本年度の成果を以下に要約する。

1)性能向上をはかったTL年代測定用計測制御システムを用いて、新たな年代測定実験を行った。そして、過去の実験結果との相違を明らかにし、新たな計測・制御技術を構築した。2)発光スペクトルの解析は、従来より広く用いられているスペクトルアナライザによる機械的処理と、ウェーブレットによる多重度解析を併用して行った。そして、解析されたスペクトル情報を年代測定アルゴリズムに反映させることが可能となった。放射線照射された鉱物を加熱するときに観察される発光現象は熱蛍光(Thermoluminescence,TL)と呼ばれる.TL量は被曝した放射線に依存する線量依存性を有する.近年,その性質を用いた物質の年代測定法はTL年代測定法として地質学,考古学や人類学の分野で注目されている.本研究では,TL年代測定の研究推進に貢献することを目的とし,温度制御系の設計からTL測定に至るまでのTL年代測定用計測制御システムの研究開発を行った.そして,開発したシステムを用いて,第4世紀琉球石灰岩の絶対年代の同定を行った.我々がこの研究に着手したのは平成4年からであるが,最初に試料を一定温度で昇温する温度制御系の開発を行った.この制御方式は,近年,ロバスト制御系の設計法として注目されているH無限大制御を用いた.この制御系はH無限大制御の応用例のさきがけとして充分に満足のいく性能が発揮された.また,それらを拡張して,ディジタル式H無限大制御系も試み,より高精度な温度制御結果を得た.さらに,近年,注目を集めているモデル予測制御アルゴリズムを導入した最適制御系も構成し,そのロバスト性や定常特性に関し非常に良好な結果を得た.また,TL発光データから年代算出する際は,規範的データと我々が独自に行った実験結果を比較することにより種々のノウハウを蓄積することができた.特に,TL発光強度や波長のスペクトル情報は放射線蓄積量に対する重要なキ-ポイントであることが確認された.また,時間周波数解析の有力なツールであるウェーブレット変換も適用し,周波数のリアルタイム計測を行っているが,充分な解析結果が得られておらず,残された問題として今後研究を継続していく次第である.以上のことより我々の技術が今後の年代測定法の発展に大いに寄与すると思われる.
老化と歯牙喪失による咀嚼システムの機能低下を回復させる医療開拓のための基礎的研究

平成17年18年度に得た成果の概略をまとめ本申請課題の成果報告書とする。無処置マウスにおいて、Messencephlic nucleus(Me5)とTrigeminal ganglion(TG)におけるニューロンの数は、生後360日齢では30日齢の数と比べて有意に減少する。実験的に臼歯を抜去するとInferior alveola rnerve(IAN)の早期変性、Me5とTGにおけるニューロン数の有意な減少を引き起こす。一方、脳における神経再生等に大きな役割を果しているacidicfibroblast growthfactor(aFGF)は、生後10日のマウスの脳の様々な部位に発現しており、加齢とともに増加することが明らかになった。さらに、臼歯の抜去直後に、抜歯窩にaFGFを投与した後、Me5、TGにおいてニューロン数を調べた結果、aFGF無処置のマウスで減少していたニューロン数が、抜歯をしていないマウスのレベルにまで回復していた。さらに、正常なICRマウスを用いて、脳におけるニューロンの新生が見られる部位と見られない部位を特定するために、自由飲水によりBrdUを投与し、BrdUの取り込み細胞の存在を確認した。引き続きBrdUを取り込んだ細胞がどのような細胞の前駆体であるかにっいて、ニューロンの前駆細胞のマーカーであるDCX等のマーカーと細胞新生の指標となるBrdUの二重免疫組織化学等の方法を用いて解析した。その結果、咀嚼に関連した部位を含む中枢の様々な部位での細胞新生とニューロンの前駆細胞の存在を確かめた。今回の研究で特に興味深い所見は、様々な行動制御に関与する黒質に細胞新生が認められたことである。しかしながら、これらの結果の具体的な記載については現在論文としてとりまとめちゅうであるため割愛する。本研究は、咀嚼システムの発達・老化.に関し、形態学的研究を基盤にして申請テーマに従い進められてきた。これらの研究を展開してきた背景には、先進諸国といわれる我が国における高齢化・超高齢化社会の到来という深刻な社会現象に対する認識が存在していることは言うまでもない。今年度は、咀嚼運動制御中枢の発達・老化、および恒常性維持に影響を与える因子と顎運動制御中枢におけるニューロン数の加齢による動態を解析することにより、顎運動制御機構を再生するための基礎的問題点を明らかにするために、以下に示す手順で基礎的な研究を行い、初期の目的を達成した。(1)正常なICRマウスを用いて、脳におけるニューロンの新生が見られる部位と見られない部位を特定するために、まず、BrdUの取り込み細胞の存在を確認した。引き続きBrdUを取り込んだ細胞がどのような細胞の前駆体であるかについて、ニューロンの前駆細胞のマーカーであるDCXと細胞新生の指標となるBrdUの二重免疫組織化学等の方法を用いて解析した。(2)上記の実験結果に基づき、ニューロンの新生が起きる程度の経日的変化を出生後から老齢マウスに至るまで(1)と同様の方法で解析した。その結果、若齢マウスはもちろん、数は減少するものの老齢マウスにおいても、従来の所見とは異なり、海馬、嗅球以外の部位でもニューロンの薪生が確認された。成果については現在とりまとめ中である。本研究は、咀嚼システムの発達・老化に関し、形態学的研究を基盤にして申請テーマに従い進められてきた。

今年度は、咀嚼運動制御中枢の発達・老化、および恒常性維持に影響を与える因子と顎運動制御中枢におけるニューロン数の加齢による動態を解析することにより、顎運動制御機構を再生するための基礎的問題点を明らかにするために、主として以下にしめすような研究をおこない、成果を得た。(1)まず、正常なICRマウスを用いて、脳におけるニューロンの新生が見られる部位と見られない部位を特定するために、自由飲水によりBrdUを投与し、BrdUの取り込み細胞の存在を確認した。引き続きBrdUを取り込んだ細胞がどのような細胞の前駆体であるかについて、ニューロンの前駆細胞のマーカーであるDCX等のマーカーと細胞新生の指標となるBrdUの二重免疫組織化学等の方法を用いて解析した。その結果、咀嚼に関連した部位を含む中枢の様々な部位での細胞新生とニューロンの前駆細胞の存在を確かめた。今年度の研究で特に興味深い所見は、様々な行動制御に関与する黒質に細胞新生が認められたことである。(2)上記の実験結果に基づき、新生ニューロン数の経日的変化を、出生後から老齢マウスに至るまでについて上記と同様の方法で解析した。その結果、若齢マウスはもちろん、数は減少するものの老齢マウスにおいても、従来報告されていた所見とは異なり、海馬、嗅球以外の多くの部位でニューロンの新生が確認された。とくに、老齢マウスの脳においても、黒質を含む様々な部位で神経細胞の新生が見られたことは本研究における貴重な成果である。以上の成果については現在論文としてとりまとめ中である。
嫌気好気法汚泥(リン蓄積汚泥)による生物分解性プラスティックの生産

実験室内で培養した嫌気好気法汚泥および実処理場汚泥に対して各種の有機基質や工場排水を投与する回分実験を行った結果、以下の結論を得た。1.リン蓄積汚泥は、酢酸、プロピオン酸、ピルビン酸、乳酸、リンゴ酸、コハク酸、ぶどう糖を有機基質として、嫌気条件下で生物分解性プラスチックであるPHAを生産する。2.リン蓄積汚泥によるPHA蓄積量は嫌気より好気条件下のほうが大きい。3.好気条件下のPHA生産において、ある空気供給量までは、空気供給量が増えるのに応じてPHA生産能力も向上する。しかし、それ以上空気供給を行ってもPHA生産能力は変わらない。その点が最適空気供給量といえる。今回の実験で行った1Lのリアクターに対しては4.5ml/minの空気供給量が最適であった。4.空気供給を行うことにより初期汚泥乾燥重量の54%、最終汚泥乾燥重量の33%のPHAを生産することができたが、PHAの回収という観点からはさらに高レベルの蓄積が必要である。5.最適空気供給量が存在するのはDOがほぼゼロの領域であるため、DOにより酸素供給のコントロールはできない。かわりにORPが制御指標となりうる可能性が示された。6.高基質濃度ではPHA生産に阻害が生じた。基質濃度にも最適値がある。7.実際の処理場汚泥はその汚泥ごとに特性が異なり、最適空気供給量、基質投与量、反応時間も異なる。また、実験室汚泥に比べPHA蓄積率は低い(汚泥乾燥重量の15%程度)。8.製薬会社発酵工場排水はPHA生産の基質として十分利用可能である。嫌気好気活性汚泥法で形成されるリン蓄積汚泥による生物分解性プラスティック(PHA)の生成に関する実験的検討を行い、以下のような研究実績を得た。1。酢酸を主基質として運転した嫌気好気法で形成させたリン蓄積汚泥に対し、酢酸またはプロピオン酸を投与するバッチ実験を行い、本研究グループの提案している生化学的モデルの化学量論に従って、嫌気条件下でPHAの生産が生じることを確認した。2。同上の汚泥に他のいくつかの有機基質を投与した場合、これまで知られていなかった新しいPHAユニットができている可能性が示唆されたが、詳細は今後の研討が必要である。3。実処理場の嫌気好気汚泥に実際の下水を投与した場合に、炭水化物の減少、PHAの生成という上記モデルに従った反応が生じていることが実験的に確認された。4。PHAの生産は、すぐれた能力を持つリン蓄積汚泥を用いれば、嫌気条件下よりもむしろ嫌気条件でより多く進行することが実験的に示唆された。今後、酸素供給とPHA生産の関係を調ベる必要がある。5。ビウレット法によるたんぱく質分析と、ダブシル化法と液クロを組み合わせたアミノ酸分析を用いて、汚泥中のたんぱく質・アミノ酸の挙動を追跡する方法を確立した。6。前項の分析法を用い、アミノ酸を主基質として運転した嫌気好気法のリン蓄積汚泥によるアミノ酸代謝を調べるバッチ実験を行った。グルタミン酸の一部は低分子のまま細胞内に蓄積される可能性が示唆されているが、詳細は今後の検討が必要である。

3.好気条件下のPHA生産において、ある空気供給量までは、空気供給量が増えるのに応じてPHA生産能力も向上する。しかし、それ以上空気供給を行ってもPHA生産能力は変わらない。その点が最適空気供給量といえる。今回の実験で行った1Lのリアクターに対しては4.5ml/minの空気供給量が最適であった。4.空気供給を行うことにより初期汚泥乾燥重量の54%、最終汚泥乾燥重量の33%のPHAを生産することができたが、PHAの回収という観点からはさらに高レベルの蓄積が必要である。5.最適空気供給量が存在するのはDOがほぼゼロの領域であるため、DOにより酸素供給のコントロールはできない。かわりにORPが制御指標となりうる可能性が示された。6.高基質濃度ではPHA生産に阻害が生じた。基質濃度にも最適値がある。7.実際の処理場汚泥はその汚泥ごとに特性が異なり、最適空気供給量、基質投与量、反応時間も異なる。また、実験室汚泥に比べPHA蓄積率は低い(汚泥乾燥重量の15%程度)。8.製薬会社発酵工場排水はPHA生産の基質として十分利用可能である。
完全反磁性体を用いた電子ビーム軌道制御

昨年度までに、完全反磁性方式の利用は電子ビーム軌道制御に適用できないことが明らかになっため、本年度は酸化物高温超電導体のピン止め効果を利用したバルク磁石モデルによる電子ビーム軌道制御の可能性について調査・研究を行った。酸化物超伝導体試料片(YBCO)を試作し、磁場中冷却による着磁試験を行った。YBCO焼結体による捕捉磁場強度は印加磁場に対してきわめて弱く、有効なピン止めセンターが少ない、焼結体がマルチセグメント化して有効な超伝導電流が流れないといった原因が考えられた。そこで、QMG法により製作された超伝導体試料片を購入し、同様の着磁試験を行った。その結果、印加した磁場5kGに対し1kG以上の捕捉磁場を確認できた。世界的には29Kまで冷却した場合17Tまで捕捉するというデータもあり、電子ビーム軌道制御への適用の可能性が高いことが判明した。そこで、静磁場計算コードを用いて当初計画の最終目標であったスタガードアレイ型アンジュレータに応用した場合のビーム軸上磁場分布の計算を行った。その結果、既存の永久磁石を用いた場合よりも強力なビーム軸上磁場が生成可能であることが明らかになった。ピン止め方式によるバルク超伝導磁石をアンジュレータに応用することで、これまで困難であった短い周期での交番磁場の生成、電子を螺旋運動させ円偏光を生成するための周期磁場の生成が可能になり、アンジュレータ放射光の波長可変能力や偏光可変性の性能が大きく向上し、光物性研究、化学反応の波長選択性を利用したクリーンエネルギー創生、生命起源の研究などへの利用が期待できる。特に、近年進展が著しいTHz帯域の大強度レーザーへの応用が期待できる。完全反磁性体を用いた電子ビーム軌道制御方式では超伝導体の完全反強磁性を利用することにより自由度の高い磁場形状を実現することが期待される。これをスタガードアレイ型アンジュレーターに応用することでビーム軸上に自由度が高く、かつ強力な交番磁場が生成できることが予測される。この方式を用いることで、これまで困難であった短い周期での交番磁場の生成、電子を螺旋運動させ円偏光を生成するための周期磁場の生成が容易になり、アンジュレーター放射光の波長可変能力や偏光可変性の性能が大きく向上し、光物性研究、化学反応の波長選択性を利用したクリーンエネルギー創生、生命起源の研究などへの利用が期待できる。本年度は液体窒素温度で超伝導を示す酸化物高温超電導体試料片の試作を行った。これらの試料については、液体窒素温度まで冷却し、マイスナー効果、磁束のピン止め効果を確認した。また、超伝導試料片を支持する非磁性体部分の銅試料片の製作も行った。関連研究の調査および当該研究について議論を行うために自由電子レーザー国際会議および加速器学会へ参加した。次年度以降の精密計測に備え極低温環境下での磁場計測の準備を開始した。また、本方式について特許申請の準備を行っている。本年度は前年度に試作した酸化物高温超電導体試料片を真空中で冷却し磁場計測を行うための真空容器の製作を行った。またソレノイドコイル中での磁場印加の準備を薦めた。関連研究の調査および当該研究について議論を行うともに、研究成果を発表するために自由電子レーザー国際会議および加速器学会へ参加した。

ピン止め方式によるバルク超伝導磁石をアンジュレータに応用することで、これまで困難であった短い周期での交番磁場の生成、電子を螺旋運動させ円偏光を生成するための周期磁場の生成が可能になり、アンジュレータ放射光の波長可変能力や偏光可変性の性能が大きく向上し、光物性研究、化学反応の波長選択性を利用したクリーンエネルギー創生、生命起源の研究などへの利用が期待できる。特に、近年進展が著しいTHz帯域の大強度レーザーへの応用が期待できる。
人間同士の自然なコミュニケーションを支援する知能メディア技術

(1)講義のコミュニケーションに関する一連の研究の総括を行った.マルチモーダルセンシングによる会議環境の記録の手法について知見を得た.会話に適切な構造を与えて記録し,再利用を促進するための手法を提案した.非言語的な手がかりに注目した会話量子の自動抽出法の研究を行い,実装した.(2)会話の雰囲気や焦点などの自動認識と会話構造化のための知見を得た.会話記録をマルチメディアコンテンツとして加工する研究を行った.会話量子を風景として可視化できる会話コンテンツアーカイブシステムの開発を進めた.深い理解のための言語情報処理基盤の研究と,人間の言語活動に関する認知言語学的考察を行い,種々のアプリケーションシステムを構築した.(3)身体性のある知識メディアとしての会話ロボットを一部実装した.種々の身体表現が人間に与える影響を調査した.体格に依存しない情報提示を実現した.会話エージェントパッケージUAPを用いて,異文化コミュニケーションの学習支援システムと,ユキャンパスガイドエージェントシステムを試作した.(4)人間の嘘を視線・顔方向・表情のみから自動的に判別するシステムを構築し,その評価を行った.インタラクション時の行動的指標と生理指標とユーザのインタラクション状態の関連を明らかにした.ターン構成単位の認定のための手続き的な基準を与えた.包括的読解課題および局所的読解と,「心の理論」の関係を検討し,児童期の心の発達を分析した.同調性・信頼感と心的プロセスとの間の関連を実証的に検証した.対話中の身体動作を定量的に評価する手法を提案した.会話記録のスコアリング手法を提案した.ウェアラブルセンサ・環境センサを用いて獲得された多視点の同期した体験データを閲覧・分析可能とするシステムiCorpus Studioを開発した.人間にコンピュータの存在を意識させず,人間のもつ豊富なコミュニケーションスキルを活用した人間同士の自然なコミュニケーションを可能にする知能メディア技術を研究開発する.平成13年度は次の成果を得た.(1)環境メディア技術:自然な形での講義と遠隔講義システムのコミュニケーション支援性能を評価した.自分の顔をメディアとして利用する仮想コミュニケーション方式を検討した.映像要約のためのインタモーダル協調に基づくコンテンツ解析法を具体化した.個人の選好を考慮して要約映像を生成する手法を提案した.ノンバーバル情報獲得のために,実時間3次元形状計測,並列分散環境,音源位置同定に基づくカメラ制御の研究開発などを行った.(2)会話エージェント技術:物語片テキストと呼ぶ知識・情報の基本単位に関わる言語処理技術の確立を中心とした会話システムの研究を行った.物語片テキストに基づく会話型エージェントシステム,物語片テキストのアーカイブの探訪を支援するシステムなどを研究開発した.映像によるコミュニケーションをサポートするために,自動化撮影システムの開発,重要な意味を持ち,注目する必要がある場面や部分を検出する手法の提案,意味や因果関係の記述に基づいて映像をわかりりすく提示する映像提示手法などを提案した.(3)対話のコミュニケーション・モデル:半構造化されたデータへの柔軟なアクセスを行うシステムの開発と,非常に豊かな概念体系を持つ生化学分野での専門語を自動認識するシステムの作成を行った.教示者の行動の変化とパラ言語情報の影響が,被教示者の発話の意味獲得に与える影響を分析した.マルチェージェントロボットによる自動実況システムと間に注目した音声合成方式を開発した.言語・パラ言語・非言語情報を統合的に記述するコーパスについて検討を加え,基本設計を行った.1.環境メディア技術人間同士のコミュニケーションを自然な形で観測し,観測結果を基にさまざまなサポートを行う環境メディアを実現するために,教室環境メディアと対話型環境メディアの2つの場面で研究を進めた.実世界をマルチメディア表現したものと考えられる映像メディアを対象に個人適応における獲得・利用フェーズについて検討した.応用としての分散講義のための没入型仮想環境を目指して,映像による実時間身体姿勢推定の性能評価と,講師に関する動作情報から意図を表す情報の獲得と,獲得された動作情報と事前知識から講師アバタを動作させる研究を行った.2.会話エージェント技術知識カードに駆動された会話エージェント,身体を持つ会話エージェントのコミュニケーションモデル,会話エージェントのコンテンツ生成のためのメディア変換,会話型コンテンツ処理のための言語基盤の研究開発を行った.対話的映像メディアのためのQAモデル,画像処理,動作認識を用いた映像インデキシング,大量映像データ蓄積のための新しい自然言語処理と映像処理の統合について研究を行い,成果を得た.3.対話のコミュニケーション・モデル索引技術,ランク付近接構造検索,オントロジー獲得,確率モデルの確率の信頼性を検証する研究を行い成果を得た.適応的インタフェースの開発と評価を通して,人間(ユーザ)と人工物の自然なインタラクションを支援する研究を行った.マルチモーダル会話コーパスの作成のための検討を行うととちに,コミュニケーション過程で交換される非言語情報の一つとして笑いを取り上げ、その音韻論的特徴をクラスター分析によってとらえることを試みて成果を得た.実況システム及びチアリーディング,携帯端末のための入力システム,言語学習システム閻魔の研究開発を行った.I環境メディア技術人間同士の対話状況の認識と情報獲得を自然な形で行う環境メディアの実現を目指し,講義自動アーカイブシステムの構築と対話映像生成における自然な非言語表現の表出を実現した.また,操作履歴に基づく個人性情報の獲得と映像の要約・検索への応用,ユーザの視聴行動と感性的挙動のセンシング,歩行者ナビゲーションシステムにおける個人的選好の獲得と利用を研究した.

さらに,非言語情報獲得の基礎研究として,リアルタイムヒューマンプロキシの概念を提案し,没入型分散講義環境VEIDLの開発によってそれを実現した.会話エージェントを用いたコイテンツマネジメントシステム,言語処理と映像処理を統合した教示映像の構造化,会話エージェントのための省略解析,書き言葉話し言葉変換,連想的発話生成,文の背後に潜む「問い」の抽出,アノテーションと非象徴的ジェスチャを用いたビデオインタフェースの作成を行った.また,対話的な映像メディアに関しては,映像との対話を可能にするコンテンツの自動撮影や自動インデキシングに関する研究を行い成果を得た.III対話のコミュニケーション・モデル型付素性構造データベースのための永続性とランク付近接構造検索のスケーラビリティを高める技術を実現し,解の最適性を保証した高速パージングに関する研究を行った.また,ソフトウェアのバージョシアップにおける差分明示型インタフェースの構築,および学習者の行動に対する教示者の適応を利用した効率的な学習のための意味獲得モデルの構築を行った.そして,マルチモーダル・コミュニケーション過程の分析・モデル化の基礎資料となるマルチモーダル会話を収録し,3人会話における視線構造の分析と頭部動作の言語学的分析に取り組んだ.さらに,表層的な音声解析のみを用いた会話練習支援システムの開発と,RoboCupのログの解析ツールに基づく頑健なチーム構成法に関する研究を行った.講義自動アーカイブシステムにおいて講師による教材への注意の焦点化についての情報を付与する手法を検討した.利用者の主観に合致したアバターへの表情マッピングを,事例から学習・獲得する手法を提案した.時間圧縮型要約,コンテンツ全容の一覧性に優れる空間展開型要約アルゴリズムを開発した.リアルタイムヒューマンプロキシの概念に基づいた遠隔コミュニケーションを実現するために,モーションキャプチャデータから必要な動作を抽出する研究を行った.会話量子化の考え方を導入し,会話量子の配置された景観として会話コンテンツの空間表示と,会話エージェントによるプレゼンテーションによる会話コンテンツの時間表示の両面を持つ会話コンテンツ管理システムを研究開発した.実世界からユビキタスセンサを用いて会話状況を獲得し,インタラクションコーパスとして組織化する手法を開発した.言語情報処理基盤の研究と、コミュニケーションの認知的視点からのモデル化の研究を行った.作業動作認識とユーザインタフェースの研究開発,会話シーンの自動撮影・編集システムの構築,プレゼンテーション映像の自動編集規則の設定と評価を行なった.人間の教示者の発話(教示)の意味を,教示者との段階的相互適応を考慮しつつ獲得できる計算機モデルの実装とその評価を行った.コミュニケーションにおける自然を表現する指標の提案を行った.3人会話における聞き手の行動の分析,情報隠蔽時のコミュニケーション行動を分析した.同調傾向の分析を行った.
低推力高効率推進系を用いた複数小惑星フライバイミッションの体系的設計手法

28年度が最終年度であるため、記入しない。
土着天敵利用による持続的コナカイガラムシ密度抑制技術の開発

クワコナカイガラムシを放飼した鉢植えブドウ樹や卵嚢を付着させたファイトトラップなど5種のトラップをクワコナカイガラムシが低密度に維持されている殺虫剤無散布圃場に設置し、潜在的な天敵類の活動を調査した。8月以降、コナカイガラムシ多寄生ブドウ樹上ではクサカゲロウ類の卵、幼虫、成虫が頻繁に観察された。また、卵嚢付トラップではクマバエ類による捕食が確認され、これら捕食性天敵類の潜在性が明らかとなった。しかし、捕食性天敵類の活動はコナカイガラムシが集中的に分布している場所に偏る傾向があり、その移動能力と捕食量から即応性はあるものの、自然状況下ではコナカイガラムシ密度がある程度高くならないと機能しない可能性が考えられた。一方、クワコナカイガラヤドリバチによる寄生は7月から観察され、コナカイガラムシ分布密度が低い場所でも寄生が認められるなど、その活動は寄主の密度に依らない可能性が示された。クワコナカイガラムシの各ステージについて移動性や定着場所に対する選好を実験的に調べた結果、餌の有無に関係なく、雄では蛹化、雌では産卵に際して狭小な空間へと移動し、定着する傾向が認められた。こうした狭小な空間への潜り込みは体サイズがより大きい捕食性天敵に対して回避機能があると推察された。一方、寄生蜂として最優占種であったクワコナカイガラヤドリバチはより体が小さく、潜り込みが有効に機能しない可能性が考えられたが、室内観察では狭小空間にいる寄主に対してはアプローチに有意に長い時間を要するなど、棲息環境の構造が被寄生率に影響する可能性も示された。クワコナカイガラヤドリバチに寄生されたコナカイガラムシは、餌の有無に関係なく、狭小な空間に移動・定着する傾向が正常個体に比して強く認められた。こうした行動変化は捕食性天敵からの回避を目的とした寄生蜂による寄主の行動誘導の可能性もあり、今後更に検証が必要であると考えられた。関東および福岡、鳥取、広島県においてコナカイガラムシおよび天敵類の採集、調査を行った。この際、調査方法としてマジックテープに毛糸を絡ませたトラップ、コナカイガラを寄生させたカボチャあるいは鉢植え植物を暴露する方法等について検討を行った。採集されたコナカイガラムシのうち、フジコナカイガラ、クワコナカイガラ、ミカンヒメコナカイガラについては和カボチャおよび芽出しソラマメを代替餌に累代飼育系を確立した。また、本研究では天敵類の飼育および実験に大量のコナカイガラを必要とするため、各ステージを安定的に供給できるよう飼育システムを整備した。天敵類についてはクワコナカイガラヤドリバチ、フジコナカイガラクロバチ、フジコナカイガラヤドリトビコバチ、タマバエ1種について飼育系の確立を図るべく検討を行った。寄生蜂3種については定期的にコナカイガラ飼育容器に放飼し直すことにより簡便な累代飼育が可能であり、さらに芽出しソラマメに寄生させたコナカイガラを利用することにより繁殖および寄生特性について観察、実験が容易に行えるようになった。一方、タマバエについては大型アクリルケージを作成し、飼育を試みているが、交尾を行わない等の問題が残されており、累代化は今後の課題となっている。フジコナカイガラの有力天敵であるフジコナカイガラクロバチとフジコナカイガラトビコバチの寄生特性について調べたところ、従来の指摘通り前者は1および2齢、後者は3齢および成虫への寄生が中心で寄主の使い分けがみられたが、野外においてはクロバチが優占し、発生パターンにも違いがみられるなど、コナカイガラ密度抑制における両種の相補的な効果については今後詳細に調べる必要が認められた。タマバエ幼虫の採餌パターンについてコナカイガラ放飼樹上において観察したところ、本種は集中的に採餌を行う喰い尽くし型であることが示唆された。本年は対象をクワコナカイガラムシに絞り、茨城、広島および鳥取県において本種および天敵類の採集・調査を見取り法、各種トラップ手法を用いて行った。結果、いずれの地域においてもコナカイガラムシ密度が極めて低い状態からクワコナカイガラヤドリバチの寄生が認められ、本寄生蜂がクワコナカイガラムシ個体群の密度抑制要因として恒常的に機能している可能性が示された。一方、卵期の死亡主因として期待された捕食性天敵の活動はマジックテープに卵塊を付着させたトラップでみる限り低調であった。しかしながら、本研究に関しては卵塊の付着のさせ方やトラップ構造が捕食性天敵の活動に影響を与えた可能性もあり、卵塊を曝す方法について更に検討が必要と考えられた。コナカイガラムシ低密度環境における天敵類の抑制機能を野外で定量的に評価するため、鉢植え植物に寄生させたコナカイガラムシをモニタリングする手法を検討した。卵期については、人工構造物に産卵を誘導する方法を検討し、卵塊周辺の微環境をコントロールすることが可能となった。幼体期については脱皮前後で移動頻度が高く、観察期間を各齢期に限定する必要があるものの、個別に追跡する手法が確立された。また、植物についても数種検討したが、管理や虫の定着性の問題からブドウが適当と考えられた。クワコナカイガラヤドリバチについて、寄主低密度状況における活動解明を目的に行動観察を連続的かつ定量的に行うべく、個体追跡を中心としたビデオ解析システムを整備した。

また、寄主個体群が消滅しないメカニズムを解明するため、寄主の寄生部位と本蜂の寄生活動について室内実験を行った結果、狭小部にいる個体は寄生を受ける確率が低い可能性が示された。捕食性天敵については室内での累代飼育法について検討したが、野外での活動モニタリング方法の精度向上、野外実験的手法の確立に努める方が現段階では現実的であると考えられた。クワコナカイガラムシを放飼した鉢植えブドウ樹や卵嚢を付着させたファイトトラップなど5種のトラップをクワコナカイガラムシが低密度に維持されている殺虫剤無散布圃場に設置し、潜在的な天敵類の活動を調査した。8月以降、コナカイガラムシ多寄生ブドウ樹上ではクサカゲロウ類の卵、幼虫、成虫が頻繁に観察された。また、卵嚢付トラップではクマバエ類による捕食が確認され、これら捕食性天敵類の潜在性が明らかとなった。しかし、捕食性天敵類の活動はコナカイガラムシが集中的に分布している場所に偏る傾向があり、その移動能力と捕食量から即応性はあるものの、自然状況下ではコナカイガラムシ密度がある程度高くならないと機能しない可能性が考えられた。一方、クワコナカイガラヤドリバチによる寄生は7月から観察され、コナカイガラムシ分布密度が低い場所でも寄生が認められるなど、その活動は寄主の密度に依らない可能性が示された。クワコナカイガラムシの各ステージについて移動性や定着場所に対する選好を実験的に調べた結果、餌の有無に関係なく、雄では蛹化、雌では産卵に際して狭小な空間へと移動し、定着する傾向が認められた。こうした狭小な空間への潜り込みは体サイズがより大きい捕食性天敵に対して回避機能があると推察された。一方、寄生蜂として最優占種であったクワコナカイガラヤドリバチはより体が小さく、潜り込みが有効に機能しない可能性が考えられたが、室内観察では狭小空間にいる寄主に対してはアプローチに有意に長い時間を要するなど、棲息環境の構造が被寄生率に影響する可能性も示された。クワコナカイガラヤドリバチに寄生されたコナカイガラムシは、餌の有無に関係なく、狭小な空間に移動・定着する傾向が正常個体に比して強く認められた。こうした行動変化は捕食性天敵からの回避を目的とした寄生蜂による寄主の行動誘導の可能性もあり、今後更に検証が必要であると考えられた。
細胞応答へ寄与するケイ素化合物構造特定への挑戦と新規再生足場材料への展開

溶液中におけるケイ素化合物の微細構造およびそれら構造と各種細胞挙動の関係を明らかにし,生体組織の再生をより促進する足場材料の設計に繋げる。すなわち,1有機ー無機複合体中および溶出中のケイ素化合物の構造を特定する。2特定したケイ素化合物の微細構造に対する骨芽細胞・線維芽細胞・神経細胞の挙動に与える影響を明らかにする。3良好な細胞応答性を示すケイ素化合物構造を有する組織再生足場材料を創製する。13を通して,ケイ素化合物の微細構造と細胞挙動の関連性を明らかにし,生体組織再生を加速し得る足場材料創製への新規材料設計指針を提唱する。
慢性エタノール投与ラットの肝微小循環障害進展におけるエンドトキシンの影響

慢性エタノール摂取時におけるエンドトキシンによる肝微小循環障害進展機序の解明のために、エタノール含有液体飼料にて飼育したラット(エタノール群)及びコントロールラット(コントロール群)にエンドトキシン(1mg/kg)を投与し、以下の指標について検討した。1)肝類洞内のfluorescein Isothiocyanate(FITC)で蛍光標識した赤血球流速の変化。2)門脈圧、動脈圧の変化。3)carboxyfluoresceinsuccimidylester(CSFE)にて蛍光標識した白血球の肝類洞壁膠着数の変化。4)肝逸脱酵素AST、ALT、LDHの変化。5)血中サイトカインTNF-α、IL-8の変化。6)白血球上の細胞接着分子LFA-1の発現の相違。7)抗LFA-1抗体投与による肝類洞壁への白血球膠着数の変化。(成績、結果)1)エンドトキシン投与後、両群ともに赤血球流速の低下を認めたが、エタノール群においてより有意な低下を認めた。2)エンドトキシン投与後、両群ともに門脈圧の上昇を認めたが、エタノール群においてより有意な上昇を認めた。動脈圧はエタノール群において軽度の低下を認めた。3)肝類洞壁への白血球膠着数は両群ともに増加したがエタノール群においてより有意な増加を認めた。4)エンドトキシン投与後240分の血清肝逸脱酵素はいずれもエタノール群においてより有意な増加を認めた。5)IL-8は経時的に240分まで上昇を持続した。TNF-αは経時的に180分まで上昇し、240分では低下を示した。IL-8、TNF-αともにエタノール群においてより有意な増加を認めた。6)エンドトキシン投与後90分の循環血流中白血球におけるLFA-1の発現はエタノール群において増加を認めた。7)抗LFA-1抗体投与によりエンドトキシン投与後の白血球の肝類洞壁への膠着はエタノール群において有意に抑制された。(結語)慢性エタノール摂取時にはエンドトキシンによる肝微小循環障害がより強く進展し、その機序には白血球の肝類洞壁への膠着数の増加、TNF-α,IL-8などのサイトカインの関与が示唆された。また肝類洞壁への白血球膠着に白血球上のLFA-1などの細胞接着分子の関与が示唆された。
台風9918号に伴う高潮と竜巻の発生・発達と被害発生メカニズムに関する調査研究

平成11年9月、我が国を襲った台風18号では、熊本(牛深測候所)で最大瞬間風速66.2m/sを記録し、強風による家屋の全・半壊は、1,300戸、部分損壊を含めると3万戸以上にのぼった。この台風の特徴は、強風によって高潮が発生し、八代海の沿岸に死者12名を含む甚大な被害をもたらしたこと、また、竜巻が豊橋市とその周辺で発生し、300人以上の児童に重軽傷(その後、死者1名)を負わせたことである。本研究では、この台風に伴って発生した高潮と竜巻について、その生成、発達のメカニズムと、強風による被害の発生機構の解明を目的とした。まず、台風の時間的な挙動と内部構造、さらには八代海の海面上強風分布、台風などに起因して豊橋付近で発達した積乱雲、雷雨の詳細を、気象数値モデルを用いて再現することに成功した。さらに、高潮については、水深が浅く総面積が700km^2にも達する八代海の特徴が、同地域に頻発する高潮の発達にどのように寄与しているのかを中心に調べた。本研究では、今回の台風と同じコースをとった台風9119号の場合との比較を行うとともに、浅海域での波浪と高潮の相互作用に着目して、高潮・波浪結合数値モデルによる解析を行い、強い台風が八代海の高潮に対して最悪のコースを採り、秋の大潮のほぼ満潮に重なって高潮を発生させたが、当時に干拓等による八代海最奥部の狭小化も大きな要因であることを示した。すなわち、流送土砂および埋め立てによる海底地形や海岸線の変化等が高潮の誘因になっていることを示した。竜巻については、上記数値シミュレーションから、台風に伴う高湿潤気流の流入と、これに隣接した乾燥空気の貫入が、積乱雲と雷雨を発生、強化を担っていたこと、それに伴って竜巻が起きる可能性が高いことを示した。実際、台風18号接近時にその進行方向右側前方象限に強いレインバンドが形成されていた。我が国では、竜巻の予報体制さえ整っていないのが現状であるが、本研究で台風の接近時の竜巻発生の予測の可能性が示された。まず、台風の時間的な挙動と内部構造、さらには八代海の海面上強風分布、台風などに起因して豊橋付で発達した積乱雲、雷雨の詳細を、気象数値モデルを用いて再現することに成功した。

本研究では、今回の台風と同じコースをとった台風9119号の場合との比較を行うとともに、浅海域での波浪と高潮の相互作用に着目して,高潮・波浪結合数値モデルによる解析を行い、強い台風が八代海の高潮に対して最悪のコースを採り、秋の大潮のほぼ満潮に重なって高潮を発生させたが、当時に干拓等による八代海最奥部の狭小化も高潮の大きな要因であることを示した。すなわち、流送土砂および埋め立てによる海底地形や海岸線の変化等が高潮の誘因になっていることを示した。竜巻については、上記数値シミュレーションから、台風に伴う高湿潤気流の流入と、これに隣接した乾燥空気の貫入が、積乱雲と雷雨を発生、強化を担っていたこと、それに伴って竜巻が起きる可能性が高いことを示した。実際、台風18号接近時にその進行方向右側前方象限に強いレインバンドが形成されていた。我が国では、竜巻の予報体制さえ整っていないのが現状であるが、本研究で台風の接近時の竜巻発生の予測の可能性が示された。