hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
図的仕様記述からのデータ駆動型高度並列・実時間処理プログラムの自動生成の研究

具体的には,多面的な図的表現形式として,状態遷移図,決定表,関係表などの形式的表現に加えて,一般的な機能ブロック図やシ-ケンス図などの半形式的な表現形式を共存させる体系を検討し,設備備品に申請したワ-クステ-ション上に,そのプロトタイプを試作した。〔研究発表の2,3番目参照〕3.デ-タ駆動型実行方式に関する研究:先の仕様記述体系から生成されるプログラムの実行原理として,状態依存処理とファイル処理を導入したデ-タ駆動型処理モデルが有望であることを明らかにした。また,このモデルによる高度並列・実時間処理プログラムを実験的に検証するため,流れ処理概念に基づくデ-タ駆動型プロセッサを処理要素とし,マルチプロセッサ構成によるエミュレ-ションシステムを構築した。さらに,触媒リングと呼ぶエラスティックパイプラインを基礎とする高度並列連想処理方式を提案した。〔研究発表の1,2,5番目参照〕本研究は,副作用が原理的に生じない検証性と高度並列・多重処理の能力を併せ持つ,デ-タ駆動型処理原理を基礎として,了解性の高い各種の図的な手法を導入した多面的な仕様記述体系から,効率のよい高度並列・実時間処理プログラムを自動生成するソフトウエア環境の確立を目的としている。本年度の成果は以下のように要約される。1.仕様記述手法に関する研究:特定の仕様記述形式を利用者に強要することなく,対象とする問題を多様な側面から各々に適した形式を用いて表現できる,多面的な記述手法が,実時間・高度並列処理の仕様記述として有望であることを明らかにした。具体的には,多面的な図的表現形式として,状態遷移図,決定表,関係表,デ-タブロック図などの形式的表現に加えて,一般的な機能ブロック図やシ-ケンス図などの半形式な表現形式を共存させる手法を検討した。2.仕様記述体系の実現法に関する研究:上記の多面的仕様記述手法の体系的実現法として,機能ブロック図のようなフロ-グラフ型記述とデ-タブロック図のような木構造型記述を核として選択,これらを中心としてジェネリックに発展させる実現法を明らかにした。3.ソフトウエア環境のプロトタイプの構築:上記の述べた核となる記述手法を対象にしたソフトウエア環境のプロトタイプとして,申請者らが並行して研究中のデ-タ駆動型プロセッサを処理要素とする、マルチプロッサ構成を採用したエミュレ-ションシステム上で実行可能なデ-タ駆動型高度並列プログラムを生成するシステムを,設備備品に申請したワ-クステ-ション上に実現した。4.デ-タ駆動型実行方式に関する研究:先の仕様記述体系から生成されるプログラムを実験的に検証するため,エミュレ-ションシステムの自律分散型高度並列実行の評価環境を構築した。本研究は,副作用が原理的に生じない検証性と高度並列・多重処理の能力を併せ持つ,データ駆動型処理原理を基礎として,了解性の高い各種の図的な手法を導入した多面的な仕様記述体系から,効率のよい高度並列・実時間処理プログラムを自動生成するソフトウエア環境の確立を目的としている。最終年度の成果は以下のように要約される。
アモルファスシリコン中の水素の電界拡散現象に関する研究

太陽電池として優れた特徴を持つアモルファスシリコン薄膜(以下、a-Si膜)中の水素の拡散挙動は、光劣化というよく知られたa-Si太陽電池の特性変化と密接な関係があると考えられる。そこで本研究ではa-Si中の水素の拡散現象、特に電場内での拡散(電界拡散)に注目して実験を行った。実験には、ガラス基板上に成膜した2種類のa-Si膜を用いた。一方はノンドープa-Si単層膜、他方はpiu層を形成したa-Si膜である。前者では電界拡散現象を特徴づけるパラメータ有効電荷Zeの測定を試みるため以下のような電界拡散実験を行った。まず、室温0.4Torrの重水素雰囲気中で、RF放電を利用して重水素をa-Si中に注入、電極形成後a-Siに10Vの直流電圧を印加し、100°Cおよび200°Cで10日間保持した、その後、2次イオン質量分析計(SIMS)にて重水素の濃度分布を測定した。一方、後者では水素の濃度分布に対するpin接合面に形成した急峻な電位勾配の影響と光照射の影響を調べるため室温と100°Cで20日間水銀ランプを光源として光照射を行った。その後SIMSによって軽水素濃度分布を測定した。まず、ノンドープa-Si単層膜のSIMSの結果は100°Cにおいては電圧の印加の有無で重水素濃度分布に明確な違いは見られなかった。200°Cにおいては、a-Siから重水素が漏洩してしまい測定ができなかった。一方、piu層を形成したa-Si中の水素分析の結果は、SIMSの水素のバックグランドが高く、水素濃度分布への光照射の影響は明確ではなかった。現段階では満足できる結果が得られなかったのでさらに、単層膜については、Pまたはn型単層膜での測定をpin層を形成したa-Siでは実験条件の見直しを行い、再度実験を行う予定である。
核酸を認識するToll様受容体の構造科学的解明

Toll様受容体(TLR)は細菌やウイルスなど病原体の分子パターンを認識するセンサーとして働く。TLR7/8は一本鎖RNA、TLR9はCpG配列を含む一本鎖DNAによって活性化されるが本研究はこれらのTLRに注目してその構造科学的な研究を行いリガンド認識機構や活性化機構を明らかにすることを目的とする。本研究により、TLR8は一本鎖RNAの分解産物であるウリジンおよび短鎖ssRNAによる協調的な効果により活性化されることを示した。一方TLR9は、CpG-DNAがTLR9の片方のプロトマーのN末側ともう一方のプロトマーのC末側を結び付けて二量体化していることを明らかにした。自然免疫は病原体の感染をいち早く察知し炎症反応を引き起こす一方、後に続く獲得免疫を誘導するという極めて重要な役割を果たす。自然免疫の中でも病原体センサーとして機能するTLR (Toll-like receptor)はその重要性から分子細胞生物学的・医学的な研究はもちろん構造科学的な研究も広く行われている。本申請では核酸認識に関わるTLR7, 8, 9に注目し、リガンドとなる核酸の認識機構・リガンド結合による活性化機構を構造科学的に明らかにすることによって謎が多い核酸による活性化を“目に見える形で"具現する。さらにその構造情報をもとに新規のリガンド設計をめざす。これまで我々はヒトTLR8の細胞外ドメインのリガンド非結合型および合成低分子化合物との複合体の構造解析に成功しており、リガンドによって引き起こされるドメインの再構成、および詳細なリガンド認識機構を明らかにしてきた(Science, 2013)。TLR8はリガンド非結合でも二量体として存在しているが、その存在状態ではシグナル伝達を担う細胞内のTIRドメイン同士の会合が困難であると考えられた。しかしリガンドの結合に伴う構造変化によって会合が可能になるようにTIRドメイン同士が近づくことがわかった。また、リガンド結合に重要なアミノ酸を同定することができ、それらのアミノ酸に変異をいれることでTLR8の活性が減少することも判明している。これまで我々はヒトTLR8の細胞外ドメインと低分子化合物との複合体の構造解析に成功しており、リガンドによって引き起こされるドメインの再構成、および詳細なリガンド認識機構を明らかにしてきた(Science, 2013)。我々はさらにTLR8の天然基質である一本鎖RNAとの複合体構造を解明した。驚くべきことに、TLR8は一本鎖RNAの分解産物であるウリジンと短鎖RNAを認識していた。しかもウリジンの結合サイトは低分子化合物との結合サイトと同一であった。またウリジンのTLR8への結合は短鎖RNAの結合により飛躍的に増強され、協調効果があることがわかった。これはTLR8が構造的にも化学的にも異なる分子によって同様に活性化されるという謎を解明するものである自然免疫は病原体の感染をいち早く察知し炎症反応を引き起こす一方、後に続く獲得免疫を誘導するという極めて重要な役割を果たす。TLR9はCG配列を含む一本鎖DNA(CpG-DNA)をリガンドとする一方、TLR9の働きを阻害するDNA配列(inhibitory DNA)も知られている。我々はCpG-DNAおよびinhibitory DNAとTLR9との複合体構造を明らかにした。TLR9の単量体の構造はTLR8と非常によく似たリング型の構造をしていた。TLR8とTLR9とは単量体の構造および活性化型2量体の構造はよく似ているにも関わらずリガンド結合部位は全く異なっていた。CpG-DNAは2量体の一方のプロトマーのN末端側断片の側面からリングの内側に沿う形で伸びた状態で結合していた。さらに、もう一方のプロトマーのC末端側断片の凸面との間で相互作用していた。一方inhibitory DNAとTLR9の複合体は二量体化しておらず、単量体で存在していた。inhibitory DNAはTLR9のN末端側のハーフリングの内側にコンパクトなステムループを形成して結合していたinhibitory DNAはTLR9に対して強固に結合することで、CpG-DNAの結合を競合的に阻害するものと考えられる。TLR7/8は一本鎖RNA、TLR9はCpG配列を含む

一本鎖DNAによって活性化されるが本研究はこれらのTLRに注目してその構造科学的な研究を行いリガンド認識機構や活性化機構を明らかにすることを目的とする。本研究により、TLR8は一本鎖RNAの分解産物であるウリジンおよび短鎖ssRNAによる協調的な効果により活性化されることを示した。一方TLR9は、CpG-DNAがTLR9の片方のプロトマーのN末側ともう一方のプロトマーのC末側を結び付けて二量体化していることを明らかにした。本研究の達成目標の一つであるTLR8と一本鎖RNAとの複合体構造を決定し、論文として発表することもできたため。27年度が最終年度であるため、記入しない。構造生物学一本鎖DNAを認識するTLR9との複合体解析に向け試料調整を行う。本研究の達成目標の一つであるTLR8と合成リガンドとの複合体構造を決定し、論文として発表することもできたため。TLR8の天然基質である一本鎖RNAとTLR8との複合体解析をめざす。また一本鎖DNAを認識するTLR9との複合体解析に向け試料調整を行う。
高等動物における酵素の機能と発現調節機構の分子生物学的研究

アスパラギン酸トランスアミナーゼ(AspAT)及び、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ(MDH)は、高等動物の細胞では、細胞質とミトコンドリアのそれぞれに局在するアイソザイムとして存在し、細胞質で生成したNADHをミトコンドリアでの酸化的りん酸化による主体エネルギーの産生に利用するための代謝サイクル、リンゴ酸-アスパラギン酸シャトルの重要な構成員として機能する。本研究の目的は2つあり、そのひとつは、AspATの触媒機構の解明と、とくにミトコンドリアAspATの局在化機構の解明である。そのために、遺伝子操作による部位特異的突然変異の手法により、(1)補酵素の結合、(2)基質の結合、(3)分子内プロトン移動、(4)ドメイン間・サブユニット間相互作用、など触媒に関与するアミノ酸残基の置換、および、(5)ミトコンドリアAspAT前駆体のシグナル部位のアミノ酸置換を行い、約50種の変異酵素を作成した。これらの触媒機能を多角的(補酵素・基質の結合、反応動力学、熱力学的考察、X線解析など)な解析を行い、X線データに基づいて想定された反応機構の検証を行い、本酵素の構造・機能の相関について有用な知見を得た。目的の第2は、代謝上緊密に関連するAspAT,MDHの両アイソザイム遺伝子の発現調節機構の解明にある。このため、まず、マウスのこれら4種のアイソザイムに対する遺伝子と単離しその構造を解析した。とくに、5'調節領域において4種の遺伝子に共通する特徴は、(1)TATAやCAATのようないわゆる移転調節配列の欠除、(2)G+Cに富む配列の存在、(3)AspATアイソザイム間、ミトコンドリアAspATとMDHの間、細胞質AspATとMDHの間に、それぞれ、ホモロジーの高い領域の存在、などであった。DNA、トランスフェクション法により、4種の遺伝子ともに、翻訳開始点の5'上流260160の領域にプロモーター活性を認めた。また、これらの領域はタンパク性因子の結合部位と重なって存在することを証明した。〔【I】〕.酵素の機能発現機構:(1)ブタミトコンドリア局在アスパラギン酸トランスアミナーゼ(m-GOT)の前駆体に対するcDNAを単離し、構造を解析した。(2)ブタ細胞質局在アスパラギン酸トランスアミナーゼ(cGOT)に対するcDNAの一部を単離し、目下フルレングスのcDNAを検索中である。(3)ブタm-GOTの前駆体および成熟酵素について、発現ベタターとしてpkk223-3を用い、大腸菌での量産系を確立中である。(4)大腸菌IluE(分岐鎖アミノ酸トランスアミナーゼ)遺伝子をクローン化した。塩基配列から帰属されるアミノ酸配列は、大腸菌およびブタGOTとの間にホモロジーを全く認めなかった。(5)大腸菌TyrB(芳香族アミノ酸トランスアミナーゼ)の遺伝子をクローン化した。帰属されたアミノ酸配列は、GOTとの間に約40%の同一性を認め、触媒上重要な残基は完全に保存されていた。(6)Aspc,IluE遺伝子DNAをプラスミドに導入し、GOTおよび分岐鎖アミノ酸トランスアミナーゼの大腸菌での量産系を確立し、目下、GOTのリジン残基(258番)をアルギニンに変換するため、部位特異的突然変異を実施中である。(7)IluE遺伝子の産物について酵素学的、たんぱく化学的解析を終了した。

〔【II】〕酵素発現の調節機構:(1)マウスのm-GOTおよびc-GOTのcDNAを単離し構造を解析した。(2)上記cDNAをプローブとして用い、m-GOTに対する遺伝子DNAを単離し、構造を解析中である。(3)同様にc-GOTに対する遺伝子DNAの単離が進行中である。(4)GOTアイソザイムとともにアスパラギン酸・リンゴ酸シャトルの重要な構成酵素であるリンゴ酸デヒドロゲナーゼ(MDH)については、マウスm-MDHに対するcDNAを単離し、その構造解析を終了した。これを用いて現在、遺伝子DNAの単離が進行中である。(5)cMDHは報告された一次構造が信頼出来ないことが判明したので、c-MDHを精製し、BrCN分解により7つのペプチド断片を得、その一次構造を決定し、cDNA単離のための情報を得つつある。1.アスパラギン酸トランスアミナーゼ(AspAT)の機能発現機構:(1)ブタ・ミトコンドリア酵素(mAspAT)および、サイトゾル酵素(cAspAT)に対するcDNAを組みこんだ発現ベクターpYG100を、それぞれ酵母菌AH22,DC5に導入し、各AspATアイソザイムの発現系を確立した(発現率は、可溶性全たんぱくの15%)。(2)既に発現系が確立した大腸菌AspAT(高コピー数のベクター使用)については、部位特異的突然変異の手法により、Lys258をArgに(3%),Tyr70をPheに(0%),Tyr225をPheに(5%)置換した3種の変異酵素を作成した。(かっこ内は、変異酵素の残存活性を示す)。この事実は、従来より想定されているように、Lys258の基質の位水素の引き抜きに与る触媒塩基としての役割は必ずしも必須でなく、むしろTyr70の重要性が示唆された。またTyr225と、補酵素3位水酸基との相互作用は、触媒墜行上かなり貢献するものの必須ではないことが示された。2.酵素の発現調節機構:(1)ブタ・サイトゾル・リンゴ酸脱水素酵素(cMDH)の部分に決定したアミノ酸配列に基づき、ブタcMDHcDNAの一部、さらに、完全長のマウスcMDHcDNAを単離し、構造を決定した。(2)マウスmAspATおよびcAspAT遺伝子を単離した。前者は、約25Kb大、10エクソンを含み、cAspATは約30Kb大で9エクソンから成っていた。cAspATのイントロン8個のうち、5個の位置がmAspAT遺伝子と完全に一致していた。(3)マウスmMDHおよび、cMDH遺伝子を単離した。mMDH遺伝子は、約12Kb大、9エクソンから成り、cMDH遺伝子は約16Kb大で9エクソンから成っていた。AspAT遺伝子の場合とちがって、mMDH遺伝子とcMDH遺伝子の間で、共通の位置にあるエクソンは全く無かった。(4)上記の4種の遺伝子の5側上流には、CAATボックス,TATAボックスなどはなく、転写開始点が複数個存在していた。1.アスパラギン酸トランスアミナーゼ(AspAT)の機能発現機構:(1)ブタ細胞質酵素(cAspAT)のcDNAをクローン化しこれを大腸菌で発現させる系を確立し,基質特異性を決定する構造因子となり得るアミノ基末端欠失変異を系統的に作成中である.
タンパクのアミノ酸間平均距離統計を用いたゲノム配列解析法の開発

ゲノム情報からタンパクドメインをコードする領域を精度よく予測することは、立体構造や機能の予測を行う前の段階として重要である。本研究では、ゲノム配列上の構造ドメインの位置を目標とする。方法として、タンパク既知タンパクより計算したアミノ酸間平均距離のデータに基づき定義されたコンタクトマップ(Average Distance Map、ADM)を用い、いろいろなゲノム配列に応用する。また、タンパクドメインのフォールディング機構についても解析を行うことも目的としている。2001年度には、これまで行ってきた全ゲノム立体構造予測データベースGTOP(国立遺伝学研究所にて開発)に対しの本方法の適用、比較検討を引き続き行いながら、さらにその結果に基づいて方法論の改良を行うという計画であった。さらに、本方法のタンパク構造形成過程の予測法への応用についても検討を行った。まず本方法を実際のゲノム配列解析より得られたORFへの試みた。ここでは、国立遺伝学研究所で開発されたゲノム構造予測データベースGTOPの検索結果と比較した。その結果、ADM法で予測したドメイン領域は、実際のコンタクトマップから解析した構造ユニットによく対応することがわかった。しかしながら、αβ混合型のタンパクに対しては、予測がやや困難であることもわかった。さらに本方法を、コンタクトオーダー(CO)の計算に利用すると、3D構造に基づくCOとADMによる予測値の間に相関が見られることがわかった。これは、本方法が速度論的特長の予測にも有効であることを示している。現在の問題点は、残基数の多いタンパク(600残基以上)に対して予測精度が低いこと、および機能単位の同定である。前者については、改良法を構築しつつあり予備的には良好な結果を得ている。後者は非常に基本的な問題であり、現在検討中である。
反対称なマリアバン解析の基礎理論の構築

本研究プロジェクトでは,反対称バージョンの「マリアバン解析」を構築することを課題としていた.それに関して得られた成果は次の3点である.まず,本研究の出発点となったタウ関数の確率論的表示に関しては,これまでのKdV階層に関する結果を大きく拡張してKP階層のタウ関数の確率論的表示を得た.また,Wiener空間上のクリフォード代数の構成については現在投稿準備中であり,また,その表現に基づくWiener空間上の"フェルミオン"のボゾン化写像の確率論的構成についても投稿準備中である.これらの知見に関わって数理ファイナンスにおける金利の期間構造の記述とソリトンの関係についての興味深い結果が得られた.当該年度は,1. Wiener空間上でのクリフォード代数の表現を構成するという研究(新田泰文氏,松下智氏,吉川和宏氏との共同研究)がほぼ完成し,さらに2.そこでのボゾン化写像が確率面積の指数関数を積分核とする経路積分で書けるという新たな成果(蓬原秀実氏との共同研究)が得られた.また,3. Ramer-Kusuoka公式の代数化についてもポアソン過程に関するものも含む形で一般化することに成功した(天羽隆史氏との共同研究).そのほか,4.クラーク公式の離散化についてもほぼ一般理論が完成した(天羽隆史氏,大熊香里氏との共同研究).これらの成果のうち1については,2013年3月8日に,共同研究者の蓬原氏がParis第6大学でのセミナーで講演を行った.また,翌週のフィレンツェ大学でおこなわれた国際シンポジウムにおいてはポスター講演をおこなった.3については,2012年9月24日に赤堀がチューリッヒ工科大学で行われた国際シンポジウムにおいて講演をおこなった.4については,2013年3月17日に共同研究者の天羽氏が関西大学でおこなわれた研究集会で講演をおこなった.そのほか,従来得られていたタウ関数の確率面積を用いた表現に関する結果について,新しい共同研究をスタートさせた(吉川和宏氏).また,永田氏,吉川氏,天羽氏とのプロジェクトである確率ハミルトン系の可積分性についてもそのSLEとの関連について若干の新しい知見が得られている.本研究プロジェクトでは,反対称バージョンの「マリアバン解析」を構築することを課題としていた.それに関して得られた成果は次の3点である.まず,本研究の出発点となったタウ関数の確率論的表示に関しては,これまでのKdV階層に関する結果を大きく拡張してKP階層のタウ関数の確率論的表示を得た.(Tau functions of KP solitonsrealized in Wiener space, Hidemi Aihara, Jiro Akahori, Hiroko Fujii, Yasuhumi Nitta, Bulletin of the London Mathematical Society, 45 (6): 1301-1309.)また,Wiener空間上のクリフォード代数の構成についてはJ.Akahori, T. Matsusita, Y.Nitta, K. Yoshikawa "An antisymmetric calculus over Wiener space", preprintにまとめ,現在投稿準備中であり,また,その表現に基づくWiener空間上の"フェルミオン"のボゾン化写像の確率論的構成についてはH. Aihara and J.Akahori"A Probabilistic Bosonization of Fermionic Wiener Functionals using Stochastic Areas" preprintにまとめ,これも投稿準備中である.これらの知見に関わってさまざまな結果も得られている.たとえば数理ファイナンスにおける金利の期間構造の記述とソリトンの関係について,H. Aihara, J.Akahori and E.Grenier "Affine termstructure as multi-soliton" JSIAM letters, to appearにまとめた.本研究プロジェクトでは,反対称バージョンの「マリアバン解析」を構築することを課題としていた.それに関して得られた成果は次の3点である.まず,本研究の出発点となったタウ関数の確率論的表示に関しては,これまでのKdV階層に関する結果を大きく拡張してKP階層のタウ関数の確率論的表示を得た.また,Wiener空間上のクリフォード代数の構成については現在投稿準備中であり,また,その表現に基づくWiener空間上の"フェルミオン"のボゾン化写像の確率論的構成についても投稿準備中である.これらの知見に関わって数理ファイナンスにおける金利の期間構造の記述とソリトンの関係についての興味深い結果が得られた.当該年度は特にWiener空間での佐藤グラスマン多様体の実現という課題に取り組んできた.第一の成果として,KP方程式のソリトン解にあたるものを一般化された確率面積で表すということに成功し,その内容をTau functions of KP solitonsrealized in Wiener space, (with HidemiAihara, Hiroko Fujii, and Yasuhumi Nitta)にまとめ,arXiv (arXiv:1108.0768)に投稿し,さらに国際ジャーナルに投稿した.また,この研究成果について研究集会「Rough Path解析とその周辺」2012/01/25にて"Solitons via Stochastic Areas"という題で講演をおこなった.

従来はKdV方程式のソリトン解に関する結果(Ikeda -Taniguchi)しかなかったが,反対称マリアバン解析からみて自然な対象である確率面積を用いることによってKP方程式のソリトン解が得られたことの意義は大きい.佐藤理論で最も自然な対象であるKP方程式のタウ関数と,反対称マリアバン解析からみて自然な対象である確率面積が結びつくことは,この両者が対応していることの証左であると考えられる.一般化された確率面積から,対称性の条件をくわえると,KdVのソリトン解になることもわかった.また,まだ論文にはまとめていないが,一般化された確率面積のうち古典的確率面積の項を消すと,多項式のタウ関数,すなわちプリュッカー関係式で記述される係数をもつシュアー関数の線形結合が得られるということもわかった.上述の成果のうち,1, 2は反対称なマリアバン解析の基礎理論の中核をなすものであり,研究計画が提出された時点で予想された結果をある意味で上回るような成果を得ることが出来た.また,3,4については対称なMalliavin解析の中核をなす公式を代数化することによってその反対称版を構成するという目的をもって研究をすすめている.これは当初の計画にはなかったことであるが,新たな知見として得られたものである.そのほか,新しい研究プロジェクトがつぎつぎと立ちあがていることも研究の著しい進展を示すものであると考える.一昨年度までに,新田氏,藤井氏との共同研究によって,反対称マリアバン解析を通じて得られる知見から,ソリトン解のタウ関数が確率面積の類似物,具体的には相関のある確率面積の線形和,によって表現できるということは予想していた.反対称マリアバン解析によってウィナー空間を表現空間とするクリフォード代数が得られ,さらにその2次形式によって無限次元リー環,そしてその「リー群」の作用が記述できるが,その作用の軌道にそのような確率面積たちあるということがわかるからである.しかし,それまでに得られていた確率面積の線形和では,KP方程式のタウ関数はおろかKdV方程式のそれも表現できないものであった.しかし本年度前期の蓬原氏との共同研究によって,上記の確率面積の線形和に対して,ある特殊なブラウン運動の対称な2次形式を加えることによって,「一般化された確率面積」が得られるということが明らかとなった.この結果は,ウィナー空間上に一般化された確率面積というかたちで佐藤グラスマン多様体が実現されるという可能性を大きくする重要な結果であると考える.この結果を論文のかたちでまとめ,投稿するところまで完成させたのはそれなりの成果であると考える.そのおかげで国内外の研究者からさまざまなコメントをいただくことが出来,次のステップの研究にすすむことができた.総じて,反対称マリアバン解析の基礎理論として,佐藤理論を援用するという道がひらけつつある.一方で,国際的な共同研究を推進する予定であったが,その方向ではあまりすすまず,その結果,予定されていた出張等がおこなわれず,次年度に予算の多くが持ち越しとなった.2012年度までの成果をうけて,今年度は次の目標をもって研究をすすめる.(1) Wiener
伝統的工芸作品のテクスチャーを活用した日本画のマチエールの研究

【内容】3年目となった本研究では、前年度まで行ってきた工芸作品のテクスチャーについての考察及び再現実験をベースとして、日本画のマチエールにいかに活用するか、という観点から日本画のマチエールとしての実用化に重点を置いた。その成果は実際の日本画制作及び研究状況の公開の意味を含めて、次の各種展覧会において発表を行った。「第44回東京春季創画展」(審査付き公募展、入選、平成30年4月18日4月23日)、「第11回皐月会」(画廊企画展、平成30年5月15日6月3日、タカシサイトウギャラリー)「太田圭展星のように急がず、しかし休まず」(藝文ギャラリー企画展、前期展:平成30年6月20日7月15日、後期展:平成30年7月18日8月19日)、「第7回つくば美術展」(つくば市企画展、平成30年10月16日10月28日)、「第24回うしく現代美術展」(平成30年11月18日12月2日)、「茨城県美術展覧会」(委員出品、平成30年12月1日12月16日)【意義】日本画のマチエールに、工芸作品のテクスチャーを活用することは、芸術表現の単一領域にとどまることなく、他領域との「共創」のイメージを具現化したものである。それにより、従来の日本画のマチエールの特性も明らかになり、今後の日本画の作品制作に向けて、新しい展開を見出すこととなった。このような新たな可能性を含む研究成果を広く一般に公開することで、他の日本が研究者に対しても意義を有しているものと考えている。【重要性】現代日本画の制作スタイルには、伝統的と呼ばれる既存のものと、既存の日本画を意識することなく、新たなものとして創出されたものの両方が並存する。本研究課題の目的である、工芸作品のテクスチャーを日本画に取り入れることについては、固定観念に縛られない制作態度としても評価されるものと考えている。昨年度に引き続き、4領域の工芸作品のテクスチャーの考察と日本画のマチエールとしての活用性の追究を積極的に行った結果、それらのテクスチャーを生み出す技法や作品の構造が明確になり、研究代表者自身の作品表現の幅が拡張した。それに基づく日本画作品のマチエールとしての転用や応用の試行は、継続的に技法の発想につながり、作品制作の年次計画も充実したものとなった。中でも陶芸作品に見られる下地を生かす重ね塗り技法は、日本画のマチエール作りに最も可能性があることが判明した。これらの研究成果は、公募展へ出品する作品の中で実践したが、日本画の新たなマチエールとして今後の展開において創造的な期待感を抱くことができるレベルに至った。これまでの本研究によって、日本画の作品に工芸作品のテクスチャーを活用するという着眼点は、新たな作品の表情を創生するという点で、かなり有効であることが判明した。とりわけ陶芸作品に見られるテクスチャーは、岩絵具や天然土を原料とした微粒子の絵具の作り出すマチエールと近いものが多々認められ、それを日本画作品に活用することは予想以上に効果的であると考えられる。最終年度では、これまでに考察した陶芸作品の多様なテクスチャーを、さらに日本画へ活用する実験制作を継続的に実行する。また、漆工芸、染織工芸、金属工芸に見られる金や銀などの金属箔の使用については、さらに考察を深め、新たな日本画表現を目指した活用実験を行う。【内容】本研究では日本画のマチエールの関わりについて、工芸のテクスチャーに関する研究成果を日本画作品に取り入れ、作品として成立させることが目標の一つである。そのための、工芸に関する図版等の資料収集や、実作品の実見は重要視したいものであった。その点について、前者の日本画作品への導入については,研究代表者は3件の展覧会に出品し、入選等の評価を得るとともに、美術館等での展示を通して、社会的に公開した。3件の展覧会は次の通りである。「第43回創画展」(審査付き公募展、入選、平成28年10月21日から10月28日、東京都美術館。同年11月1日から11月13日、京都市美術館)において『夏の轍』(F150号、181.8×227.3cm、紙本彩色、パネルに高知麻紙)(審査付き、入選)を出品。「平成28年度茨城県芸術祭美術展」(委員として無審査出品、平成28年10月8日から10月23日、茨城県近代美術館)において『花の星々』(F40号、80.3×100.0cm、紙本彩色、パネルに高知麻紙)を出品。「第43回東京春季創画展」において『風をつなぐもの』(S30号、91.0×91.0cm、紙本彩色、パネルに高知麻紙)(審査付き、入選)(審査付き公募展、入選、平成29年4月13日から4月19日、T-ART GALLERY・TERRATORIA)に出品。【意義・重要性等】現代日本画の表現史を辿ると、明治以前の日本絵画においても、少なからず工芸技法を取り入れた史実がある。本研究では、それを明らかにしつつ、現代日本画においても工芸技法の影響として、日本のマチエールにつながる表現を考察し、実際の作品に活用し、新しい日本画技法あるいは日本画の表現の創出に繋げたいとしている。

即ち他の表現領域との融合を積極的に行う中から、それら新しい表現を導き出そうとする所に本研究の意義がある。初年度の研究計画に対して、工芸領域のテクスチャーに関する資料収集はほぼ計画通りに実施できたことで、日本画のマチエールとの関連性を確認することができた。それに基づいて行った研究代表者の日本画制作におけるテクスチャーの活用を含んだ表現は、ほぼイメージ通りに作品化することができた。それらの作品は3件の公募展で一般に公開することもでき、外部からの評価も得ることができたと言える。同時に研究分担者(陶芸、漆芸、金工、染織)のそれぞれの作品や領域における専門的知識の提供も受けることができ、次年度以降の研究の継続に対する基盤が構築できたと評価できる。その結果、次年度は計画通りに研究を遂行できる見通しがついたことと、同時に新たに留意する課題も見えたことも含めて概ね順調に進展している。本研究課題では、日本画における多様な表現を追求する方法として、日本の伝統的工芸品に用いられているテクスチャーに着目して、それを日本画作品のマチエールとして用いることとしている。日本画のマチエールと工芸作品のテクスチャーの関わりについては、日本美術史を繙くことでも確認することができるが、本研究では作家や研究者である研究分担者から直接提供される専門的知識により、実感を伴った上で具体的かつ効率よく研究が遂行できたと言える。その研究成果を日本画制作に取り入れることで、作品としての新規性と独創性のある作品を創作することが目標の1つである。これを可能とするための工芸に関する実見調査および資料収集もほぼ順調に進行している。研究成果とも言える日本画作品については、2件の日本画の公募展に出品し、入選等の評価を得るとともに、美術館での展示を通して広く社会に公開した。作品を発表した公募展は次のとおりである。「創立70周年記念第44回創画展」(審査付き。全国規模の日本画の公募展、入選、平成29年10月24日から10月30日、東京都美術館他)において作品『風のシルエット』と作品『風の向こう』(いずれもP100号、162.0×112.0cm、紙本彩色、パネルに高知麻紙)を出品(2点入選)。また「平成29年度茨城県芸術祭美術展覧会」(委員のため無鑑査。公募展。平成29年10月2日から10月9日、いばらき県立県民文化センター)においても作品を出品した。以上の通り、資料および専門的知識の提供に基づく各種の工芸作品のテクスチャーの構造を理解できたことで、日本画作品のマチエールへの転用も応用もスムーズに実践した。平成29年度の研究計画に対する進捗状況については、その中核をなす工芸作品のテクスチャーの日本画作品内における再現制作がほぼ計画通りに進んでいる。本研究で対象とした工芸品のテクスチャーの中では、「陶芸作品」に用いられる技法が、最も日本画絵具で「再現」が可能であった。いわゆる「焼き物」に見られる表面の表情は、岩絵具と陶土という物質的に近い材料を用いていることから同様の表情を作りやすいと言える。すなわち岩絵具の微粒子また粗粒子によって作られるマチエールが、陶芸のテクスチャーと似た表情を生み出させたのである。また「漆芸作品」については、箔と顔料の併用において、下地の表面の状態が箔の表情に影響を与えることを再認識することができた。また「金工作品」でも鉄等の上から接着している箔を活かしたテクスチャーを調査したことで、新しい日本画への展開への発想を得ることができた。一方、「染織」の「刷り箔」の資料調査と実践については調査サンプル数が少なく、平成30年度の課題として継承させたいという状況である。以上のことから概ね順調に進展していると言える。【内容】
情報融合形ユビキタスパワーネットワーク実現のための理論構築

ヒートポンプ機器と電気自動車を集約し,電力システムの需給制御やマイクログリッドの短周期変動補償に活用する,情報融合型ユビキタスパワーネットワークの理論構築を行った。電力システムの運用・制御を模擬した数値シミュレーション,ヒートポンプ機器・電気自動車の機器試験,通信系を含んだ試験により,機器特性・通信特性を考慮した制御手法を設計し,その効果を検証した。日本型スマートグリッドの実現形として,需要家端までの情報通信ネットワークを活用して,需要家の分散型電源,可制御・エネルギー貯蔵機器を電力システムの運用・制御体系へ協調を図る情報融合形ユビキタスパワーネットワークの理論構築を行うために,下記の4点について検討した。本研究では,特に,分散型電源,可制御・エネルギー貯蔵機器として,太陽光発電装置,ヒートポンプ給湯機,電気自動車を取り扱う。1)不確実性を持つ多数台のヒートポンプ給湯機,電気自動車の統計的モデリングと,各機器の利便性を確保しつつ電力システムの周波数制御や短周期電力変動抑制に活用する運転・制御手法を提案した。2)ローカル給電指令所と中央給電指令所からなる周波数制御システム構成を想定し,統計的モデリングを利用した情報の集約・分配,地域内の制御目的,各機器の制御特性や利用方法の特徴・規模などを考慮した制御構造(階層型,自律分散型,カスケード型,またそれらの協調)や情報通信ネットワークの構成を明確化した。3)情報通信の規模が大きくなることが予想される需要家機器を利用した配電フィーダの潮流制御について,ケーススタディと簡易的な情報通信試験により,情報通信仕様が制御効果に与える影響を検討した。4)提案制御手法が機器の利便性に与える影響を実験的に評価するために,太陽光発電装置,ヒートポンプ給湯機,電気自動車それぞれについて,入力(または出力)電力の制御性を有する模擬実験設備の構築を進めた。日本型スマートグリッドの実現形として,双方向情報通信ネットワークを活用して,需要家側の分散型電源と可制御・エネルギー貯蔵機器の電力システムの運用・制御体系への協調を図る情報融合形ユビキタスパワーネットワークの理論構築を行うために,下記3点について検討した。本研究では,可制御・エネルギー貯蔵機器として,空調用・給湯用ヒートポンプと電気自動車を取り扱う。1)ヒートポンプについては,実機の制御性能や空調/給湯の機器利便性への影響を考慮した周波数制御/マイクログリッド制御手法を設計した。電気自動車については,蓄電池特性や走行のための充電要求への影響を考慮した周波数制御手法を設計した。また,ヒートポンプ給湯機と電気自動車の制御性能や機器利便性の特徴を考慮した統合的な周波数制御手法や,ヒートポンプ給湯機を太陽光発電による余剰電力に対応させる需給制御手法についても提案した。2)ヒートポンプ給湯機と電気自動車それぞれについて,周波数制御に貢献できるような入出力電力制御を有する試験装置を設計・構築し,制御性能や効率,周波数制御/マイクログリッド制御時の機器利便性への影響などを評価する試験を継続している。3)上記の機器の設計・構築と並行して,分散型電源と可制御・エネルギー貯蔵機器を想定したTCP/IPによる通信制御試験を実施し,制御性能への影響評価を行った。さらに,1)の研究に用いた実機特性や多数台導入時の特性,機器利便性などを模擬した周波数ディジタル制御シミュレータを,2)のヒートポンプ給湯機,電気自動車の試験装置と情報通信により連携できるような設計とすることで,総合的な試験を行う準備を整えた。日本型スマートグリッドの実現形として,双方向情報通信ネットワークを活用して,需要家側の分散型電源と可制御・エネルギー貯蔵機器の電力システムの運用・制御体系への協調を図る,情報融合形ユビキタスパワーネットワークの理論構築を行うために,下記の研究を行った。1)ヒートポンプ給湯機と電気自動車の利用者利便性や制御特性を考慮しつつ,電力システム側の発電機との協調を図る,需給制御(周波数制御および経済負荷配分制御)手法を確立し,ヒートポンプ給湯機・電気自動車,それらを集約する配電用変電所レベルでのローカルコントロールセンター,電力システムの中央給電指令所の間での制御・通信構成を明確化した。2)ヒートポンプ空調とガスエンジン,蓄電池との協調を図る,マイクログリッドの制御試験を実施し,短周期変動に対する効果的な抑制効果が得られることを検証した。また,ヒートポンプ空調の熱出力を入力とした室温計算シミュレーションにより,提案制御手法が使用者利便性である熱的快適性に影響を与えないことを確認した。3)電気自動車の利用者の充電要求に配慮しつつ,電力システムの瞬動予備力・周波数制御への貢献を図る,自律分散制御と1)の制御の協調制御手法を設計し,ローカルコントロールセンターまでの制御・通信を想定した電気自動車・充電インフラ装置における制御試験を実施した。制御手法については,実機特性を踏まえたシミュレーション検討が進められている。各機器も,総合試験を想定したセットアップが進んでおり,最終年度での試験実施が可能な状況である。24年度が最終年度であるため、記入しない。ヒートポンプ機器については,様々な外部条件の下における特性の把握に引き続き努める。

また,周波数ディジタル制御シミュレータに,ヒートポンプ,電気自動車を双方向情報通信で連携させる総合試験を実施するとともに,試験装置によるデモンストレーションなども実施ながら研究成果公表に努める。24年度が最終年度であるため、記入しない。
ニュートリノ振動とニュートリノ質量・混合の系統的研究

平成10年度-13年度にわたって、ニュートリノ振動の実験データを用いた現象論的研究を行い、ニュートリノ質量行列のモデルをゲージ理論の枠内で検討した。1.最近のデータをもとに、レプトンの混合行列の各成分の大きさをきめ、クォークの場合と比較できるようにした。現在の実験データを用いても、レプトンの混合行列の各成分の大きさは十分決まることが判明した。2.太陽ニュートリノデータが大角度MSW解を示しているという実験グループの結果をもとに、フレーバー対称性のような世代構造を支配するモデルを研究した。偶然に支配されない質量行列の構造には、Z_2のような離散群があらたに必要とされる結論に至った。3.S_3やO(3)対称性のような非アーベル群フレーバー対称性の可能性についてもこれまでの成果をもとに研究をすすめた。4.SU(5)大統一理論の立場から、クォーク混合(CKM行列)とレプトン混合(MNS行列)の関係を定量的に議論し、bi-maximal混合(大角度が二つある混合行列)を得るための条件を繰り込み群の手法を用いて求めた。5.ニュートリノと荷電レプトンの質量行列の可能なパターンを現象論的に分類した。その結果、かなり多くのパターンが可能であることが判明した。この研究は、モデルを作る場合に役にたつであろう。6.ニュートリノ質量行列のモデルとμ→eγの分岐比の大きさの関係を明らかにした。ニュートリノ質量が縮退型のとき、この分岐比の大きさは比較的小さく押さえられ実験の上限と矛盾しないことが判明した。ニュートリノについてのモデルの研究を最近の実験データにもとづいて行った。現状ではニュートリノ混合について多くのモデルが提案されているが、実験データを用いてニュートリノ振動を現象論的に検討し、ニュートリノ質量の起源をさぐることを目指した。スーパー神岡は太陽ニュートリノ振動と大気ニュートリノ振動の新しい実験データを発表したが、そのデータは太陽ニュートリノ振動が大角度でおこる可能性を示したものであった。このデータを考慮しニュートリノ質量行列のモデルの考察を行った。大気ニュートリノ実験によるニュートリノ混合の大角度とあわせ検討し、Bi-MaximalまたはBi-Largeの質量行列のモデルを作りあげた。それは、S(3)FlavorSymmetryのように世代構造を支配するモデルであり、現在世界の注目を浴びている。さらに、今年から行われるスーパー神岡とKEKでのLong Baseline実験からも多くの情報を得ることが可能であるので、この実験の結果を理論的に予測した。なお、これらの成果の一部は論文上だけではなく、1998年秋の物理学会(秋田)での理論実験合同シンポジウム、1999年国際会議WIN99(Cape Town)での招待講演で発表した。初年度(平成10年度)の成果をさらに発展させるため、新しいニュートリノ振動の実験データを用いた現象論的研究を行い、ニュートリノ質量行列のモデルをゲージ理論の枠内で検討した。具体的には、フレーバー対称性のような世代構造を支配するモデルをニュートリノ振動の研究成果をもとにして研究した。とりわけ、S_3やO(3)対称性のような非アーベル群フレーバー対称性の可能性について研究した。この場合、三種のニュートリノは質量においてほとんど縮退することになる。その物理的効果の解明は今後の問題として残っている。さらに、平成11年度から開始されたスーパー神岡とKEKでのLong Baseline実験からも多くの情報を得ることが可能であるので、理論的な予測と実験結果の関係を調べた。また、現在、国際的に検討されている次世代ニュートリノファクトリーの可能性を考慮し、可能なニュートリノ物理の実験を検討した。とりわけ、CP対称性の破れの観測については三世代と四世代ニュートリノの場合にわけて、地球の物質効果を考慮して定量的に研究し、その測定の可能性を明らかにした。

三世代と四世代の区別はν_e→ν_uとν_e→ν_r過程のニュートリノ振動でのCP対称性の破れを観測することで可能になることを示した。なお、これらの成果の一部は、論文発表だけではなく、1999年7月CERNでのニュートリノ研究集会でのセミナーや1999年9月ポーランドのUstronスクールでの招待講演で発表している。平成10年度と11年度の成果をさらに発展させるため、新しいニュートリノ振動の実験データを用いた現象論的研究を行い、ニュートリノ質量行列のモデルを以下のようにゲージ理論の枠内で検討した。1太陽ニュートリノデータが大角度MSW解を示しているというスーパー神岡実験グループの結果をもとに、U(1)フレーバー対称性のような世代構造を支配するモデルを詳細に研究した。その結果、偶然に支配されない質量行列の構造には、Z_2対称性のような離散群があらたに必要とされる結論に至った。2 S_3やO(3)対称性のような非アーベル群フレーバー対称性の可能性についてもこれまでの成果をもとに研究をすすめた。3 SU(5)大統一理論の立場から、クォーク混合(CKM行列)とレプトン混合(MNS行列)の関係を定量的に議論し、bi-maximal混合(大角度が二つある混合行列)を得るための条件を示した。4ニュートリノと荷電レプトンの質量行列の可能なパターンを現象論的に検討した。以上のような研究をすすめながら、新潟大学において11月(約50名)と3月(約20名)に全国規模の研究会をそれぞれ二日間にわたって開催し活発な研究交流をおこなった。なお、これらの成果の一部は、論文発表だけではなく、2000年7月大阪で開催された高エネルギー物理学国際会議での分科会、9月イタリアOtrantoで開催されたNOW2000での招待講演や12月東京で開催されたNOON2000での招待講演で発表している。平成10年度-12年度の成果をさらに発展させるため、SNOやSuper-Kamの新しいニュートリノ振動の実験データを用いた現象論的研究を行い、ニュートリノ質量行列のモデルを検討した。1.最近のデータをもとに、レプトンの混合行列の各成分の大きさをきめ、クォークの場合と比較できるようにした。現在の実験データを用いても、レプトンの混合行列の各成分の大きさは十分決まることが判明した。2.SU(5)大統一理論の立場から、クォーク混合(CKM行列)とレプトン混合(MNS行列)の関係を定量的に議論し、bi-maximal混合(大角度が二つある混合行列)を得るための条件を繰り込み群の手法を用いて求めた。3.ニュートリノと荷電レプトンの質量行列の可能なパターンを現象論的に分類した。その結果、かなり多くのパターンが可能であることが判明した。この研究は、モデルを作る場合に役にたつであろう。4.ニュートリノ質量行列のモデルとμ→eγの分岐比の大きさの関係を明らかにした。ニュートリノ質量が縮退型のとき、この分岐比の大きさは比較的小さく押さえられ実験の上限と矛盾しないことが判明した。なお、これらの成果の一部は、論文発表だけではなく、2001年5月に筑波市で開催されたNeuFACT01や12月に柏市で開催されたNOON2001で発表している。
爆発的噴火現象に関する数値モデルの開発

本研究では,爆発的噴火のダイナミックスと火砕堆積物中の観測事実をつなげる目的で,火山噴煙のダイナミックスと火道中のマグマ上昇についてモデリングを行った.具体的には1.火山噴煙のダイナミックスの理論モデルの構築,2.火道流のダイナミックスと気泡の核形成・成長の連成モデルの構築,3.実際の噴火事例に対する噴火推移の詳細な再現,の3課題の研究を行った.1については,乱流混合を正確に再現する数値モデルを構築した.具体的には,噴煙のような強制プリュームの乱流混合においては,流れの3次元的揺らぎが本質的な役割を果たしていることを示し,その乱流混合は,3次元の座標系を用い計算スキームの空間精度を3次精度まで上げることによって数値的に再現できることを示した.このモデルは,世界で始めて大気と噴煙の乱流混合を定量的に再現しつつ噴煙の非定常かつ3次元的挙動を計算することを可能にした拡張性の高い火山噴煙数値モデルである.2については,セルモデル(気泡流を「気泡の周りに球対称に非圧縮の粘性流体または粘弾性体の殻がついたセルの集合体」として近似するモデル)を導入し,気泡サイズスケールの微視的過程と巨視的な火道流を連立させたモデルを構築した.このモデルによって,気泡の核形成のタイミング,火砕物中の気泡径分布,マグマの破砕様式が,マグマの粘性や噴出率などの噴火パラメータに強く依存することが明らかになった.3については,浅間1783年の噴火について,詳細な地質調査,噴出物の観察,古文書の解析に基づいて噴火推移の再現を行った.その結果,この噴火は,マグマの破砕の程度が小さく,比較的粗粒な火砕物が卓越するという特徴をもち,その特徴が,噴煙と火砕丘・溶岩流の同時形成という複雑な噴火様式をもたらす原因となったことが分かった.本研究では,爆発的噴火のダイナミックスと火砕堆積物中の観測事実をつなげる目的で,火山噴煙のダイナミックスと火道中のマグマ上昇についてモデリングを行った.具体的には1.火山噴煙のダイナミックスの理論モデルの構築,2.火道流のダイナミックスと気泡の核形成・成長の連成モデルの構築,3.実際の噴火事例に対する噴火推移の詳細な再現,の3課題の研究を行った.1については,乱流混合を正確に再現する数値モデルを構築した.具体的には,噴煙のような強制プリュームの乱流混合においては,流れの3次元的揺らぎが本質的な役割を果たしていることを示し,その乱流混合は,3次元の座標系を用い計算スキームの空間精度を3次精度まで上げることによって数値的に再現できることを示した.このモデルは,世界で始めて大気と噴煙の乱流混合を定量的に再現しつつ噴煙の非定常かつ3次元的挙動を計算することを可能にした拡張性の高い火山噴煙数値モデルである.2については,セルモデル(気泡流を「気泡の周りに球対称に非圧縮の粘性流体または粘弾性体の殻がついたセルの集合体」として近似するモデル)を導入し,気泡サイズスケールの微視的過程と巨視的な火道流を連立させたモデルを構築した.このモデルによって,気泡の核形成のタイミング,火砕物中の気泡径分布,マグマの破砕様式が,マグマの粘性や噴出率などの噴火パラメータに強く依存することが明らかになった.3については,浅間1783年の噴火について,詳細な地質調査,噴出物の観察,古文書の解析に基づいて噴火推移の再現を行った.その結果,この噴火は,マグマの破砕の程度が小さく,比較的粗粒な火砕物が卓越するという特徴をもち,その特徴が,噴煙と火砕丘・溶岩流の同時形成という複雑な噴火様式をもたらす原因となったことが分かった.本年度は,「噴火様式の定性的な性質と噴火の条件の関係」をモデル化するために,火山噴煙のダイナミックスと火道中のマグマの上昇についてモデリングを行った.具体的には1.噴煙の形成と火砕流の形成の遷移状態を再現する.2.火道の流れと気泡の核形成・成長の連成問題を定式化する.という2つの課題について研究を行った.1については,これまでに代表者のグループで開発した火山噴煙のダイナミックスに関する2次元軸対称時間依存モデルを用いて,噴煙と大気の乱流混合過程に焦点を当て系統的なパラメータスタディを行い,安定な噴煙の形成から火砕流の形成への遷移のレジームマップの作成を行った.その結果,安定な噴煙から火砕流の発生に遷移する中間状態として,噴煙の中心軸部分で高密度の「芯」ができる状態や,噴煙が部分的に崩壊する状態があることが分かった.2については,セルモデル(気泡の周りに球対称に粘性流体または粘弾性体の殻がついたセルの集合体として気泡流を近似するモデル)を導入することによって,気泡サイズのスケールをもつ微視的過程と巨視的な火道流を連立させたモデルを定式化することに成功した.その結果,気泡の核形成過程や成長過程・さらにマグマの破砕過程を解明する手がかりを得ることができた.具体的な成果としては,低粘性マグマでは泡の薄膜の不安定による破砕(膨張破砕)をするのに対し,高粘性マグマでは応力が液体の強度を超えることによる破砕(応力破砕)をするというように,マグマの破砕様式がマグマの粘性に強く依存することが明らかになった.また,マグマの上昇条件によって,気泡の核形成のタイミングや回数が変化し,それが火砕物中の気泡径分布を支配するという結果を得ることができた.