hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分解能光ファイバー温度センサーの構築と応用計測

本研究では,温度変化に伴って変動する光ファイバーの光学長を精密に測定することにより,高分解能な温度センサーの実現をめざした.初年度は,中心波長1550 nmの利得変調した分布帰還型(DFB)レーザーと単一モード光ファイバーを接続した簡易な構造の温度センシングシステムを構築し,2 km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとして用いた場合には1.6×10^-4 °Cの温度分解能が達成されることを確認した.2年目には,ピコ秒半導体レーザー光源の時間ジッターと温度分解能の関係を数値的,実験的に詳細に調べ,時間ジッターの抑制により温度分解能が20 %程度向上することを実証した.また,安価なファブリーペロー型(FP)半導体レーザーを用いた場合も,DFBレーザーと同等な温度分解能が実現できることを実験的に示した.研究期間の最終年度では,本手法の原理である位相雑音強度の変動により相互相関波形が取得できることについて,数値的に説明することから始めた.実験では,温度センシングシステムの最適化を進め,センサー部の応答時間を考慮し,ボビン一巻きに相当する70 mの光ファイバー長をセンサー長に設定した.このシステムにおいて,光ファイバーセンサー内で光パルスを3回往復させることにより,4.5×10^-4 °Cの温度分解能が達成されることを確認した.構築したシステムを用いて,20 Lの水中に14 gの氷片を投入した際の温度変化を調べた結果,予測される10^-310^-2 °Cに対応する光ファイバー光路長の変化を実測した.また,同システムを用いて,実験室内の温度変化を長時間計測した結果,測定間隔40秒において平均1×10^-3 °Cの温度変動が生じることを見積もった.この妥当性は,測定データ(光ファイバー光路長の変動)をフーリエ変換した強度スペクトルが周波数の2乗分の1に沿うことにより確認された.氷片を投入する実験において,2台の光源(1310, 1550 nm)を用意し,光ファイバーセンサー内で光パルスの往復回数が異なる条件(前者は1回,後者は3回)で同時測定を行った.その結果,光ファイバーセンサー光路長に比例して温度分解能が向上することが確認された.しかし,その際,光ファイバーの接続箇所が増えたことにより,反射点が多くなり,2波長測定において,いずれかの結果が反射パルスにもとづくノイズの影響を受けてしまい,研究期間内に同時測定における両者の比較を行うことができなかった.また,温度上昇時と降下時の光ファイバーセンサーにおける熱ヒステリシスの影響について,現象は確認したものの,定量的な調査を行うには至らなかった.問題となった光ファイバー接続の反射点を減らすために,一部光ファイバー融着を施す予定である.また,融着できない個所からの反射成分については,半導体レーザー光源や光ファイバー光路長の条件を調整し,反射パルスにもとづくノイズの影響を抑制し,前年度に行った同時測定実験を再度行う.このシステム変更を行った上で,光ファイバーセンサーの熱ヒステリシスの影響について,定量的に調査する.本研究では,温度変化に伴って変動する光ファイバーの光学長を精密に測定することにより,高分解能な温度センサーの実現をめざしている.初年度は,中心波長1550nmの利得変調した分布帰還型(DFB)レーザーと単一モード光ファイバーを接続した簡易な構造の温度センシングシステムを構築した.被覆の影響を調べるため,2km長のハイトレル被覆心線と5km長の素線光ファイバーを用いた.これらを恒温水槽内に配置し,020°Cの範囲で温度変化を与えることにより,単位長さあたりの光学長変化量としてそれぞれ4.3×10-5/°C,0.75×10-5/°Cが得られた.これより,構築したシステムの距離分解能20μmを考慮して,2km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとして用いた場合には1.6×10-4°Cの温度分解能が達成されることを見積もった.また,さらに温度分解能の改善を図るために,光源の時間ジッターの抑制を試みた.本システムは,時間ジッターの計測システムとしても利用できることを提案し,用いた利得変調DFBレーザーには約6psの時間ジッターが含まれることを実証した.また,別光源からの連続光を注入することにより,時間ジッターが効果的に抑制される様子を観測した.時間ジッターを抑制した結果,上記の温度分解能は1.2×10-4°Cに改善された.温度センサー部の小型化については,100m長光ファイバーセンサーの両端に部分反射ミラーと全反射ミラーを接続し,その間で光パルスを多重反射させることにより,等価的に1 km長光ファイバーセンサーとして利用できることを確認した.

このことから,小型温度センサーによる高分解能温度センシングの実現可能性を示した.当初の計画に掲げた光ファイバー温度センシングシステムの構築とその特性評価,温度分解能の改善,温度センサー部の小型化については,一定の成果が得られており,おおむね順調に進展していると思われる.ただし,光ファイバーの光学長が数km以上になると,温度分解能が低下することが実験的にわかったため,光ファイバー内の群速度分散にもとづく光パルス分裂を中心として,その詳細について調べる必要が生じている.本研究では,温度変化に伴って変動する光ファイバーの光学長を精密に測定することにより,高分解能な温度センサーの実現をめざしている.初年度は,中心波長1550 nmの利得変調した分布帰還型(DFB)レーザーと単一モード光ファイバーを接続した簡易な構造の温度センシングシステムを構築し,2 km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとして用いた場合には1.6×10^-4 °Cの温度分解能が達成されることを確認した.今年度は,本センサーシステムの温度分解能や応用上の特長について詳細に調べ,温度校正を行い,実験室内や恒温槽内の温度を実測した.まず,温度分解能については,本システムの原理が光パルスの線形相互相関測定にもとづくため,相関幅を短縮すべく光源の時間ジッターの抑制を検討した.最も簡易に達成するためには,多モード半導体レーザーを利用すればよいことを数値的に見積もり,各モードのパルス発振に現れる振幅ジッターは平均的な測定には影響を及ぼさないことを確認した.時間ジッターの抑制により,温度分解能が20 %程度向上することを実証した.次に応用上の特長として,温度センサーとして用いた光ファイバーと半導体レーザー光源の間を1 kmの光ファイバーで接続して同様の実験を行い,光源や測定装置から遠く離れた場所の温度センシングが高分解能に行えることを確認した.温度校正については,温度分解能0.02 °Cの白金抵抗温度計を用いて,光ファイバー長を温度に換算した.また,本センサーシステムを用いて,実験室の室温および恒温槽内の水温を長時間測定し,光ファイバー長に応じた温度分解能(10^-310^-4 °C)で温度センシングできることを確認した.光ファイバー温度センシングシステムの温度分解能の向上や応用上必要な温度校正および遠隔地での測定については,一定の成果が得られており,また,派生効果として,パルス光源の時間ジッターに対する新しい測定法を提案,実証した.これより,研究はおおむね順調に進展していると思われる.本研究では,温度変化に伴って変動する光ファイバーの光学長を精密に測定することにより,高分解能な温度センサーの実現をめざした.初年度は,中心波長1550 nmの利得変調した分布帰還型(DFB)レーザーと単一モード光ファイバーを接続した簡易な構造の温度センシングシステムを構築し,2 km長のハイトレル被覆光ファイバーを温度センサーとして用いた場合には1.6×10^-4 °Cの温度分解能が達成されることを確認した.2年目には,ピコ秒半導体レーザー光源の時間ジッターと温度分解能の関係を数値的,実験的に詳細に調べ,時間ジッターの抑制により温度分解能が20 %程度向上することを実証した.また,安価なファブリーペロー型(FP)半導体レーザーを用いた場合も,DFBレーザーと同等な温度分解能が実現できることを実験的に示した.研究期間の最終年度では,本手法の原理である位相雑音強度の変動により相互相関波形が取得できることについて,数値的に説明することから始めた.実験では,温度センシングシステムの最適化を進め,センサー部の応答時間を考慮し,ボビン一巻きに相当する70 mの光ファイバー長をセンサー長に設定した.このシステムにおいて,光ファイバーセンサー内で光パルスを3回往復させることにより,4.5×10^-4 °Cの温度分解能が達成されることを確認した.構築したシステムを用いて,20 Lの水中に14 gの氷片を投入した際の温度変化を調べた結果,予測される10^-310^-2 °Cに対応する光ファイバー光路長の変化を実測した.また,同システムを用いて,実験室内の温度変化を長時間計測した結果,測定間隔40秒において平均1×10^-3 °Cの温度変動が生じることを見積もった.この妥当性は,測定データ(光ファイバー光路長の変動)をフーリエ変換した強度スペクトルが周波数の2乗分の1に沿うことにより確認された.
イネ節間における水ストレス耐性の分子機構の解明

洪水時に一般的な水田イネは酸素欠乏により溺死するのに対して、浮イネは急激な節間伸長により洪水時にも葉先を水面に出し、水面下の組織に効率的に酸素を供給することで洪水環境下においても生存することが可能である。本課題において、浮イネの保持する洪水耐性機構の理解を進め、イネの洪水耐性育種を目的とするとともに、得られた知見をコムギやトウモロコシなどのイネ科の主要畑作物へ応用することによる耐水性作物育種を目指す。
学習履歴データを活用した外国語リスニング学習支援システムの開発及び実践的評価

本研究は、英単語のリスニング学習支援を行うCALLシステムの構築について研究し、システムの開発、実装及び有効性の検証を行ったものである。システムは、個々の学習者または学習グループの英単語学習履歴データから聞き取れないまたは間違いやすい音声を検出したうえ、検出した音声をターゲットとした訓練教材を自動生成する。これによって、授業時間外でも学習者が自身の音声聞き取りの弱点に気づき、その弱点を克服するための訓練を行うことができ、自律学習を促すことは可能となる。システムを実際に学習者に利用させた結果、システム利用の有効性を確認すると同時に、実践的運用においては必要な改善点も明らかにした。本研究の目的は、学習履歴データを活用し、ユーザビリティを向上した外国語学習支援システムの開発と実践的評価を行うことである。平成23年度で英語リスニング学習のための教材作成システムを構築し、ユーザビリティ評価を行ったあと、平成24年度ではリスニング理解に支障を来たす可能性のある音素への誤認に焦点を当てて学習履歴データの解析手法を提案してシステムに実装した。着目した履歴データは単語ディクテーション練習問題への学習グループ毎の回答結果です。単語に対する誤認から、音素のような下位レベルの音韻的要素に対する誤認を検出することによって、音素への誤認をウェークポイントとして繰り返し学習し、単語に対する認知能力を高めることを図る。解析手法の流れとしては、まず個々の学習者の誤答したすべての単語を履歴データから抽出し、音素に分解する。次に正解単語と比較し、正答音素と誤答音素をペアにした誤認パターンを検出する。個々の学習者の誤認パターンをシーケンスデータに生成し、最も一般的なシーケンスデータマイニング法、GSP法を用いて学習グループの誤認パターンの特徴を検出する。正答音素と誤答音素におけるペアリングにおいては、音素の一対一の位置関係から検出を行う逐次比較検出手法、英語のリスニングにおいて一般的に指摘されている日本人学習者が区別しにくい英語子音ペアを取り入れた枠付き検出手法及びこの二つの手法の組み合わせという三種類のアルゴリズムを提案した。英語オーラルの授業を受講する二つのクラスで単語ディクテーションテストを実施し、収集した履歴データに対して提案手法を用いて分析した結果、それぞれのクラスの音素における誤認パターンの特徴を検出したことが確認できた。また、正答音素と誤答音素のペアリングにおける三種類のアルゴリズムの精度について検討を行い、組み合わせの手法が最もよい精度をもたらすことも明らかにした。英語リスニング学習のための教材作成システムを構築し、ユーザビリティ評価を行ったあと、リスニング理解に支障を来たす可能性のある音素への誤認に焦点を当ててシーケンスデータマイニング法を取り入れた学習履歴データの解析手法(以下シーケンス法とよぶ)を提案してシステムに実装した。平成25年度では、ベイズ統計を用いて、学習者の音素への誤認を推測する手法を提案し、少人数の被験者による評価実験を行った。同時にシーケンスデータマイニング法による解析結果に基づき、音素などへの誤認を改善するための訓練教材を被験者に合わせて自動的に生成する機能を実装した。着目した履歴データは単語ディクテーション練習問題への個々の学習者または学習グループの回答結果である。シーケンス法は、学習毎の履歴データから正答音素と誤答音素のペアを見つけ出し、最も頻出する音素ペアをウェークポイントとしている。この手法は学習者が誤認した音素をどの音素に誤認したかと把握することに非常に有効であるが、学習毎の検出や履歴データが少ないときの検出においては、偶発的な誤認を結果として検出してしまう可能性も考えられる。一方、ベイズ統計による誤認を推測する手法は、数回だけの学習履歴データからウェークポイントとして誤認しやすい音素を推測し、安定的な結果が得られる。平成25年度に訓練教材の自動生成はシーケンス法による結果に基づいているが、ベイズ統計を用いた手法とシーケンス法を合わせて訓練教材を自動生成することも進めている。システムは主に教材作成部分と学習履歴データ分析部分からなる。平成23年度ではまず英語のリスニング学習用のテンプレートをデザインし、音声合成エンジンを実装した教材作成システムの開発を行った。また、学習履歴データ分析部分の一部として学習者へのフィードバックに焦点を当てた履歴データ分析機能を開発し、実験的利用によって利用者によるユーザビリティ評価を実施した。リスニング学習用テンプレートは単語学習に焦点を当てたテンプレートをデザインした。実装した単語

ディクテーションテンプレートは単語の意味理解に着目したトレーニングに対応し、二者択一問題作成テンプレートは、音声への知覚のトレーニングを行う際、ミニマルペアを使った練習問題や同定訓練の問題などの作成に用いる。教材作成インターフェースには、教材に必要な音声を事前に用意した音声ファイルのアップロードと音声合成エンジンによる音声ファイル作成と二つの機能が備えている。合成音声を利用する場合、これまでの研究で得た学習者による合成音声評価データを用いて推測した学習者評価結果を教師に提示して教材に取り入れるか否かの判断材料を示すことができる。フィードバックに焦点を当てた履歴データ分析機能としては、クラス毎または学習者毎の解答状況の提示機能以外に、解答状況の並べ替え表示機能、解答状況の音素別表示機能及び他者の誤答を含んだ間違いやすい誤答パターン一覧機能を開発している。実施したユーザビリティテストは教材利用後のフィードバックに関する視点から行ったものであり、学習者から多くのポジティブな評価を得たほか、これらのフィードバック機能により、確実に学習者に刺激を与えたことも確認できている。本研究は,英語リスニング学習の際に蓄積する学習履歴データをターゲットにして分析を行い,統計的アプローチとデーマイニング法を取り入れ,個々の学習者またはグループの音声理解に支障を来たす可能性のある音声を自動的に検出し,検出した音声知覚の弱点に合わせて訓練教材を生成する学習支援システムの構築を目指してきた.これまでに構築した学習者の音素への誤認パターンをSequential pattern mining法によって解析し,訓練教材を生成するシステムをベースにし,平成26年度では,ベイズ統計による学習者の音素知覚の弱点を推測する機能を実装し,評価を行った.評価では,JACET語彙リストの英単語を二つのレベルに分け,システム経由で単語ディクテーション問題テストを実施した.テスト毎の履歴データとテストの累積履歴データ別にベイズ統計による推測結果を比較した結果,テスト毎の結果が激しく変動することに対して,2,3回のテストの累積履歴データからは安定した推測結果が得られることが判明した.即ち,英単語のリスニング学習においては,40個60個の学習履歴データがあれば,ベイズ統計によって正しく学習者の音素知覚の弱点を見つけ出すことは可能である.一方,Sequential pattern mining法による音素への誤認パターンをテスト毎のデータから検出することが可能であるが,ベイズ統計の場合と同様に,少ないサンプルからの検出結果は安定的ではない.よって,ベイズ統計によって累積学習履歴データから正しく学習者の音声知覚の弱点を見つけ出した上にSequential pattern mining法を用いて誤認パターンを検出するという組み合わせの手法はそれぞれの手法を単独に用いるより,学習者の実際の弱点を見つけ出すことに有効であるとの結論に至った.
変位検出型精密はかりの試作研究

平成6年度は下記の2項目について理論、有限要素法解析および実験を通じて研究を行なった。1)ヒンジの寸法誤差が質量測定値に及ぼす影響と動剛性(再検討)2)高感度変位検出型精密はかりの試作(追加)1.寸法誤差が質量測定値に及ぼす影響と動剛性試作した高さ54、幅62、厚さ8mmの精密はかりについて、無接触変位センサを用いてヒンジの寸法誤差が質量測定値に及ぼす影響を再実験した。平成5年度の実験結果に大きなばらつきがあった為である。その結果、(1)寸法誤差の約3/8が質量測定値に影響するという理論値が裏づけられた。(2)機構の動剛性を高めるにはヒンジの剛性を高く、また強化平板と移動台を軽くする必要がある。しかし、はかりとしての感度の向上と相反するとなので最適設計条件を定める必要がある。2.高感度変位検出型精密はかりの試作試作した高感度変位検出型精密はかりは5枚の平板から構成される(外形寸法:高さ50、幅50、厚さ12mm、アルミ製)。低剛性・高感度のはかりとする為、各平板は折り畳む形で直列結合させた。研究で明かになった事は、(1)理想的には荷重点の位置に無関係に理想点における変位は一定である。しかし、実際には理想点の変位は荷重の作用する位置によって変化し、これが質量測定誤差となる。(2)試作品は剛性が高過ぎ(設計の誤り)当初の目標精度1/10,000は達成出来なかった。今後感度の向上を図る。(3)試作品は機構上、ねじりに剛性が小さいため、荷重点が理想点から離れるに従い大きな測定誤差をもたらすので設計の再検討が必要である。1.機構素子の基本設計基本仕様は次のように定めた、最大秤量1kg、最大変位0.5mm、質量計測精度1/5000、変位の検出はギャップセンサ(平行ばね機構の理想点に設定)により行う。平行ばねは二重構造として、横方向に移動台がずれる事を防止する方式とする2.製作主要寸法:高さ80mm×幅100mm×素子厚さ8mm、ヒンジ部が長さ2mm×板厚1mm、幅8mmのものを全部で8個使って、はかり素子を構成している。材質はアルミニウムを使い加工は本校実習工場設置のワイヤカッタを用いて製作した。12個作製3.実験変位に対し、ヒンジの加工寸法誤差がどのように影響するか、センサの設定位置が変位に対しどのように影響するか、また機構の動剛性を高めるにはどのようにれば良いかについて実験を行った4.FEM、理論解析実験と同一条件のもとでの解析を行った。理論解析はエネルギによった5.結果1)ヒンジの加工寸法誤差が変位に及ぼす影響はどのヒンジについても同じである事3)試作した機構素子の基本固有振動数は約100HZであった事、高剛性化の為、機構の軽量化が必要な事、を明らかにした平成6年度は下記の2項目について理論、有限要素法解析および実験を通じて研究を行なった。

(2)機構の動剛性を高めるにはヒンジの剛性を高く、また強化平板と移動台を軽くする必要がある。しかし、はかりとしての感度の向上と相反するとなので最適設計条件を定める必要がある。2.高感度変位検出型精密はかりの試作試作した高感度変位検出型精密はかりは5枚の平板から構成される(外形寸法:高さ50、幅50、厚さ12mm、アルミ製)。低剛性・高感度のはかりとする為、各平板は折り畳む形で直列結合させた。研究で明かになった事は、(1)理想的には荷重点の位置に無関係に理想点における変位は一定である。しかし、実際には理想点の変位は荷重の作用する位置によって変位し、これが質量測定誤差となる。(2)試作品は剛性が高過ぎ(設計の誤り)当初の目標精度1/10、000は達成出来なかった。今後感度の向上を図る。(3)試作品は機構上、ねじりに剛性が小さいため、荷重点が理想点から離れるに従い大きな測定誤差をもたらすので設計の再検討が必要である。
11世紀における修道院祈祷兄弟盟約から俗人フラタニティーへの変容過程の実態的研究

フラタニティー(fraternitas)という中世的人的紐帯研究について、修道士中心に比較的古く(8世紀)から広まっていた祈祷兄弟盟約から、12・13世紀において叢生した俗人中心のフラタニティー(兄弟会)への変容過程について実態的解明を目指す本研究は、両者の移行形態であるコルヴァイ修道院領内の「信徒兄弟会」(fidelium frarternitas)を具体的研究事例とした。平成13年度は、ドイツ国ノルトヴェストファーレン国立公文書館にて史料Msc.I 132の調査をおこない、現存部分をマイクロフィルムにて収集した。帰国後、解読作業と電子情報化作業をおこなった。平成14年度は、各信徒兄弟会団体の実態の分析を以下3段階の手法でおこなった。1)史料検証をおこない、その結果、「人名リスト」の1350名が4つの「信徒兄弟会」団体の構成員であったことが判明した(Corvey2団体、Goslar1団体、Wulfelade1団体)。2)これらの団体と修道院(修道院長・修道院共住者団)との関係を、各規約および修道院機構をも確認しつつ解析した。その結果、信徒兄弟会4団体は共通して、(1)教会施設費等を集め修道院に拠出していること、(2)兄弟会の成員のために記念ミサ(memoria)が修道士により挙行されること等が確認され、修道院の祈祷活動をささえることを根底的理由とした結社団体と判明した。3)以上をうけ、俗人兄弟会形成との構造的連関の問題を検討した。その結果、「信徒兄弟会」が(1)俗人(信徒)の主体的形成によること、(2)拠点型結社(Ortsfraternitas)であること、(3)社会中層・下層等の多様な社会層から構成されたこと、という特質をもつことが判明した。以上の検証作業を通じ、本研究は、「信徒兄弟会」が帯びた新しい人的ネットワークの型が、12・13世紀に叢生する都市型俗人兄弟会と通底してこと(俗人の自主形成型・地縁型アソシエーション)をつきとめ、俗人兄弟会発生のメカニズムという、学界でもこれまで未知の領域に一定の見通しを提示し得たと考えている。近年、中世ヨーロッパ各地に見られたフラタニティー("fraternitas")という人的紐帯形態が研究上着目を集めている。本研究は、その変容過程の実態についての基礎的研究であり、具体的には修道士中心に典礼を核とする「典礼祈祷兄弟盟約」という8世紀からみられた形態(修道院フラタニティー)から俗人相互の「兄弟会」という12・13世紀から現れた形態(俗人フラタニティー)への変容過程についての基礎的研究をなしている。こうした観点から、両形態がみられたドイツ北西部のコルヴァイ修道院(現Nort Westfahren州Hoxter村)を具体的事例として、本年度は次の作業をおこなった。第一に、本研究費補助金の海外旅費を用いて現地へ赴き、特にコルヴァイ修道院関係の写本が集中的に集められたノルトヴェストファーレン国立公文書館(Nort Westfahren Staatsarchiv)において史料所蔵状況の調査をおこなった。とりわけ、これら諸団体が死者成員の名前を記した「死者記念関係リスト」につき、現存している写本MS.132をマイクロフィルム等にて収集した。この際、関連する所領図等についても収集した。第二に、これらマイクロフィルム、フィルムについてプリントした後、解読作業をおこなった。

この解読作業は、13・14世紀に作成された写本という性格上、文字かすれ、虫食い等で、解読は容易なものではなかったが、設備備品費による電子計算機をもちいて可能な限り電子情報化した。次年度の研究作業については、史料から得られたこの情報を基に、資料掲載人物の整理、さらにそれを踏まえて各団体と修道院本体との関係性の解析、そしてそれを通じて移行形態の実態分析をおこなうことを予定している。フラタニティー(fraternitas)という中世的人的紐帯研究について、修道士中心に比較的古く(8世紀)から広まっていた祈祷兄弟盟約から、12・13世紀において叢生した俗人中心のフラタニティー(兄弟会)への変容過程について実態的に解明しようとする本研究は、両者の移行形態であるコルヴァイ修道院領内の「信徒兄弟会」(fidelium frarternitas)に着目した。本年度は昨年度におこなった、1350名の人名を掲載した史料「人名リスト」(Msc. I 132)の電子化・解析を基に、各信徒兄弟会団体の分析を以下3段階の手法でおこなった。2)これを受けて、これらの団体と修道院(修道院長・修道院共住者団)との関係を、各規約および修道院機構をも確認しつつ解析した。その結果、4団体に共通して、(1)成員についての祈祷を修道士に委ね、教会施設費等を集め修道院に拠出していること、(2)兄弟会の成員のために記念ミサ(memoria)が特定の祝日に修道士によりおこなわれること、(3)祝祭日にあって貧者たちへの給施活動(elemosina)をおこなったこと、の三点が確認された。つまり修道院の祈祷活動を支えることを根底的趣旨とした結社団体であったとが分かった。3)最後に、以上の成果を踏まえアソシエーション的観点から、俗人兄弟会形成との構造的連関の問題を見た。その結果、「信徒兄弟会」(11世紀末・12世紀初頭)が(1)俗人(信徒)の主体的形成によること、(2)拠点型結社(Ortsfraternitas)であること、(3)職業等から見て社会中層・下層等の多様な社会層から構成されていたこと、という特質をもつことが判明した。以上により、「信徒兄弟会」が新しい人的ネットワークの型を踏まえ、12・13世紀に叢生する都市型俗人兄弟会と通底している(俗人の自主形成型・地縁型アソシエーション)ことがつきとめられた。
ウェーブレット解析による変数係数を持つ波動方程式への超局所解析的応用

平成30年度は、主に以下のように偏微分方程式とウェーブレットおよびラドン変換に関連した研究を行った。◎偏微分方程式について:前年度に引き続き、変数係数に持つ波動タイプの偏微分方程式に対する初期値問題の解の表現公式について研究を行った。これまでの自身の研究の一般化を試みており、部分的な結果をいくつか積み重ねて完成に近づいていると思われる。解の表現公式から性質を引き出せ、またそのままの形で数値計算の実行ができるため、理論的にも応用的にも非常に意義のある研究課題である。◎ウェーブレットについて:2次元の時間周波数解析として、従来の直積タイプのウェーブレット展開だけでなく、カーブレットフレームを用いた展開も知られている。前年度にカーブレットとはまた別の角度方向に適したフレームの構成したが、今年度はその数値シミュレーションを行い、関数の展開式が角度方向に鮮明になることを示した。今後は、展開式の収束スピードを向上させるための工夫を検討中である。◎ラドン変換について:ラドン変換のフーリエ変換にもとづく再構成公式がよく知られている。上記のフレームの応用として、ラドン変換の再構成公式を経由せず直接的に関数を展開できる公式を導出することができ、数値シミュレーションを行った。さらに、ラドン変換を用いて表示された2次元の波動方程式の初期値問題に対する解の挙動も同様に数値シミュレーションを行った。いずれもフーリエ変換の場合と比べて角度方向に鮮明になることを確認している。その他、ラドン変換とウェーブレット変換を組み合わせた応用的に意義のあるリッジレット変換の研究も行った。研究実績の概要で述べた偏微分方程式に対する結果は引き続き研究を進めていく。ウェーブレットとラドン変換に関するフレームの結果は、数値シミュレーションをより充実させてから投稿したいと考えている。偏微分方程式も実用性も踏まえて、より実践的な立場での条件を課せて研究を行いたいと考えている。また、ウェーブレット変換とラドン変換の理論の発展させ、画像解析等の産業界の発展にも結びつくように研究を進めていきたい。平成28年度は、主に以下のように偏微分方程式とウェーブレットに関連した研究を行った。◎双曲型方程式について:空間変数を係数に持つ波動タイプの方程式に対する初期値問題を考察した。通常、双曲型の場合は有限伝播性より係数部分は局所的に制限することが可能であり、大域的には扱われてこなかった。今回、無限遠方でのみ0に近づくような係数が解の減衰度に影響することを発見し、詳しく研究を行った。またこの問題は同時に、原点で退化するような係数が解の退化に影響する問題へも結びついているので、応用上も興味深い結果だといえる。◎ウェーブレットについて:時間周波数解析では不確定性原理により。窓が大きい時は高周波の解析が難しく、窓が小さい時は低周波の解析が難しいことがよく知られている。そのため、ガウス関数のように時間空間と周波数空間でバランスのとれた窓が望ましいとされている。従来の急減少関数の空間では時間空間と周波数空間での任意多項式減衰は捉えているが、指数減衰に関しては不十分である。そこで、Gelfand-Shilov空間と呼ばれる時間空間と周波数空間で指数減衰する空間を導入して、ウェーブレット変換の連続性(有界性)を詳しく研究した。また、得られた有界性を示す不等式の最適性を示す具体例の構成にも成功した。その他、今後の本研究に役立つことを期待して、画像解析で有効な手段とされるラドン変換やFunk変換などに関する情報収集も行なっている。研究実績の概要で述べた双曲型方程式に対する結果は、研究開始から投稿までが順調に進み、既に出版されることとなった。ウェーブレットに対する結果は、現在投稿中である。平成29年度は、主に以下のように偏微分方程式とウェーブレットおよびラドン変換に関連した研究を行った。◎偏微分方程式について:変数係数に持つ波動タイプの方程式に対する初期値問題の解の表現公式を研究を行った。これまでの自身の研究から特別な時間変数または空間変数を持つ場合の結果を得ているので、それらの一般化を試みた。現在のところ、部分的な結果は得ているものの完成には至っていない。解の表現公式はそのままの形で数値計算が実行できるため、理論的にも応用的にも非常に意義のある研究課題である。後者は角度方向をより詳細に検出するメリットをもっている。カーブレットとはまた別の角度方向に適したフレームの構成し、展開を得ることに成功した。カーブレットよりも単純な形をしているため、画像解析への応用が十分期待できる成果である。◎ラドン変換について:ラドン変換はスライス定理を通じてフーリエ変換に基づく。そこで、フラクショナルフーリエ変換に基づくフラクショナルラドン変換というものを新たに導出し、微分方程式との関係等の性質を探った。また、今後の本研究に役立つことを念頭に、Funk変換やリジレット変換(ラドン変換とウェーブレット変換を合成)の情報収集も行なった。特に、リジレット変換はニューラルネットワークとも関連があるためとても興味深い。ウェーブレットに対する結果は、近日中に投稿予定である。ラドン変換に対する結果は、研究開始から投稿までが順調に進み、既に出版されることとなった。

◎偏微分方程式について:前年度に引き続き、変数係数に持つ波動タイプの偏微分方程式に対する初期値問題の解の表現公式について研究を行った。これまでの自身の研究の一般化を試みており、部分的な結果をいくつか積み重ねて完成に近づいていると思われる。解の表現公式から性質を引き出せ、またそのままの形で数値計算の実行ができるため、理論的にも応用的にも非常に意義のある研究課題である。◎ウェーブレットについて:2次元の時間周波数解析として、従来の直積タイプのウェーブレット展開だけでなく、カーブレットフレームを用いた展開も知られている。前年度にカーブレットとはまた別の角度方向に適したフレームの構成したが、今年度はその数値シミュレーションを行い、関数の展開式が角度方向に鮮明になることを示した。今後は、展開式の収束スピードを向上させるための工夫を検討中である。◎ラドン変換について:ラドン変換のフーリエ変換にもとづく再構成公式がよく知られている。上記のフレームの応用として、ラドン変換の再構成公式を経由せず直接的に関数を展開できる公式を導出することができ、数値シミュレーションを行った。さらに、ラドン変換を用いて表示された2次元の波動方程式の初期値問題に対する解の挙動も同様に数値シミュレーションを行った。いずれもフーリエ変換の場合と比べて角度方向に鮮明になることを確認している。その他、ラドン変換とウェーブレット変換を組み合わせた応用的に意義のあるリッジレット変換の研究も行った。研究実績の概要で述べた偏微分方程式に対する結果は引き続き研究を進めていく。ウェーブレットとラドン変換に関するフレームの結果は、数値シミュレーションをより充実させてから投稿したいと考えている。ウェーブレットも偏微分方程式も実用性も踏まえて、より実践的な立場での条件を課せて研究を行いたいと考えている。さらに、ウェーブレットの理論の発展が、他分野の発展にも上手く結びつくように関連性も含めて研究を進めていきたいと考えている。偏微分方程式も実用性も踏まえて、より実践的な立場での条件を課せて研究を行いたいと考えている。また、ウェーブレット変換とラドン変換の理論の発展が、画像解析等の産業界の発展にも結びつくように研究を進めていきたい。また、ウェーブレット変換とラドン変換の理論の発展させ、画像解析等の産業界の発展にも結びつくように研究を進めていきたい。購入を考えていた専門書が絶版であったため。および、招聘した外国人の旅費が想定した滞在期間よりも短かったため。使用計画として、代わりとなる図書の購入および、今年度招聘する外国人の旅費の補助にあてる。当初、3月に予定していた外国人の招聘が、都合により4月にずれてしまった。
大気二酸化炭素の増大に伴う表面海水pHの低下がサンゴ石灰化に与える影響

大気二酸化炭素濃度の増大に伴うサンゴの石灰化の応答に関する研究を行った。サンゴの石灰化に対する海水のpHの影響について定量的なデータを得るため、pHを変化させた海水中でサンゴ飼育実験を行った。海水のpHを変化させると炭酸塩の化学平衡からその海水のアラゴナイト(炭酸カルシウム)に対する飽和度(Ω)を変化させることになる。コブハマサンゴとクサビライシの試料をpHを変えた4種の海水中で飼育し、石灰化速度を測定した結果、サンゴの石灰化速度(R)と海水のアラゴナイトに対する飽和度(Ω)の間には、R=k(Ω-1)の関係が成立することが明らかになった(k:速度定数)。したがって、これらサンゴの石灰化機構は1次反応に規定される。1800年ころの大気二酸化炭素(280 ppm)と海水のアルカリ度(2.3 mmol/kg)(pHの推定値は8.3)から19世紀の海水のアラゴナイトに対する飽和度は4.5とモデル計算される。Ω=4.5のときのサンゴ石灰化率(G)を100%とすると、上式は一般式として、G(%)=100(Ω-1)/(4.5-1)となる。2006年(CO_2=380ppm,pH=8.20)、2100年(CO_2=540 ppm, pH=8.07)のΩ値はそれぞれ3.8および3.0と計算される。上式に各Ω値を代入すると、G値はそれぞれ80%(2006年)、57%(2100年)と計算できる。このような化学シュミレーションに照らして、サンゴ石灰化速度は産業革命以前に比べて現在は約20%減少しており、2100年には約40%以上減少する可能性がある。過去から未来への地球環境変動の予測をこの研究で試みた。大気中の二酸化炭素は19世紀はじめの280ppmから2006年には380ppmに増加した。さらに、2100年にその濃度は540ppmに達すると予測されている(IPCC,2001)。大気中の二酸化炭素の増加は地球温暖化(表面海水温度の上昇)ばかりではなく、表層海水の水素イオン濃度(pH)の減少をもたらす。そこで、大気二酸化炭素濃度の増大に伴うサンゴの石灰化の応答に関する研究を行った。1800年ころの大気二酸化炭素(280ppm)と海水のアルカリ度(2.3mmol/kg)(pHの推定値は8.3)から19世紀の海水のアラゴナイトに対する飽和度は4.5とモデル計算される。2006年(CO_2=380ppm,pH=8.20)、2100年(CO_2=540 ppm,pH=8.07)のΩ値はそれぞれ3.8および3.0と計算される。

Ω=4.5のときのサンゴ石灰化率(G)を100%とすると、上式は一般式として、G(%)=100(Ω-1)/(4.5-1)となる。2006年(CO_2=380ppm,pH=8.20)、2100年(CO_2=540 ppm, pH=8.07)のΩ値はそれぞれ3.8および3.0と計算される。上式に各Ω値を代入すると、G値はそれぞれ80%(2006年)、57%(2100年)と計算できる。このような化学シュミレーションに照らして、サンゴ石灰化速度は産業革命以前に比べて現在は約20%減少しており、2100年には約40%以上減少する可能性がある。過去から未来への地球環境変動の予測をこの研究で試みた。
乱流秩序構造による乱流混合の定量的理解

乱流(強く乱れた流れ)は、分子運動と比べて非常に強力な混合能力を有する。このことは直感的には明らかかも知れないが、乱流が如何にして強い混合を産み出しているかの詳細の大部分は未知のままである。乱流混合はさまざまな流れにおいて本質的な役割を果たすので、本研究ではその(最終的には制御まで視野に入れた定量的な)理解を目指す。ところで、乱流の直接数値計算技法や実験技術の発達によって、乱流中には秩序だった渦構造が普遍的に存在することが知られるようになった。そこで、これらの秩序渦構造という概念が乱流混合の理解の足掛かりになることを期待して研究を進めている。研究手法は直接数値計算に基づく数値解析および理論解析である。空間の3方向ともに周期境界条件を課した非圧縮流体の乱流とそれによって移流される流体線や面(物質線や面)の直接数値計算を実行した。流体線や面の変形や伸張を理解することにより乱流混合の理解を試みる。なぜならば、流体面は流体の2つの部分の境界面であるので、その変形や伸張は乱流混合の一面を特徴づけると考えられるからである。さて、上の直接数値計算結果の詳細な解析により、今年度は以下を明らかにした。(1)秩序渦構造は管状であり、その半径方向は乱流の最小長さおよび時間(コルモゴロフ長さ・時間)で特徴づけられる。一方、長さ方向は半径方向と比べてずっと長い。(2)これらの管状秩序渦構造は互いに反平行に揃う傾向がある。(3)反平行渦対はその断面上で2つの双曲型の淀み点をもち、その付近で常に流体線や面の強い伸張が起こっている。(4)その結果、流体線の全長や流体面の全面積は指数関数的に増大する。流体面の指数関数的な伸張は乱流の強い混合能力を反映していると考えられるので、以上の結果により、これまで全く未知であった乱流による強い混合の起源の一端を垣間見ることができたと考えられる。
金融システム破綻の経済損失とそのリスクに関する統一的定量化モデルの開発

システミックリスクの下での企業負債の評価モデルを開発し,また金融システム破綻時の,政府による資本注入問題を最適化問題として定式化し,これを解く手法を提案した.両研究ともに,本研究費助成金を用いて開催した国際シンポジウム(北海道大学)および諸外国における国際学会において発表した.どちらの研究も,発展可能性の高い基礎的枠組を提供している.前者については,システミックリスクを考慮する上で,より発展的な動的モデルへの拡張可能性を持つ.後者については,経済破綻時における不可逆的な経済損失を考慮にいれることが課題である.システミックリスクの下での企業負債の評価モデルを開発し,また金融システム破綻時の,政府による資本注入問題を最適化問題として定式化し,これを解く手法を提案した.両研究ともに,本研究費助成金を用いて開催した国際シンポジウム(北海道大学)および諸外国における国際学会において発表した.どちらの研究も,発展可能性の高い基礎的枠組を提供している.前者については,システミックリスクを考慮する上で,より発展的な動的モデルへの拡張可能性を持つ.後者については,経済破綻時における不可逆的な経済損失を考慮にいれることが課題である.第一に,システミックリスクの下での企業負債の評価モデルを開発した.第二に,金融システム破綻時の,政府による資本注入問題を最適化問題として定式化し,これを解く手法を提案した.両研究ともに,本研究費助成金を用いて開催した国際シンポジウム(北海道大学)および諸外国における国際学会において発表した.どちらの研究も,発展可能性の高い基礎的枠組を提供している.前者については,システミックリスクを考慮する上で,より発展的な動的モデルへの拡張可能性を持つ.後者については,経済破綻時における不可逆的な経済損失を考慮にいれることが課題であるが,研究チームに連続的最適化問題に詳しい研究者を加えれば可能であろう.また,これらの研究成果の他に,木島はエキゾチックオプションの評価モデル,超低金利下におけるモーゲージローン評価などの研究成果を残した.さらに,石井は,離散最適化アルゴリズムに関する既存研究の拡張した.西出は,経済局面の変化を考慮に入れた割引債の評価モデルを示した.本研究事業では,上述の国際シンポジウム(ファイナンス理論の新展開と金融リスク管理,北海道大学)を研究期間中,年に一度,計3回開催した.各方面からの資金的・人的な協力も得て,海外から延べ22名の講演者を招くことができ,活発に議論した.研究組織は有益な助言を得ることができた.また,研究発表を行った本邦の若手研究者も,本シンポジウムから大きな刺激を得たはずである.研究代表者は,債務の持ち合い下における金融システミックリスクの計測とその管理に関して新しい手法を提案した.後藤は,システミックリスクへの応用を念頭にして,リアルオプションの応用問題に関する研究を行なった。特に、設備投資問題を確率制御アプローチによって厳密に解く新しい研究に取り組んだ。石井は,グラフ・ネットワーク構造を有する離散最適化問題に対し,主に次の二つの結果(i)(ii)を得た.(i)耐故障性の基準の一つである連結度を保証するネットワーク構成問題に対し,近似アルゴリズムの開発と近似の困難さの解析を行った.(ii)無線通信ネットワークにおける周波数割当問題をモデル化したグラフのラベル付け問題に対するアルゴリズムの開発及び構造解析を行った.西出は,論文を新たに3本完成させた.幾つかの学会で当該論文を報告するとともに査読付論文雑誌に投稿している.システミックリスク計測のための基本モデルの開発について,銀行同士のネットワーク連結後において結果的に生じる,負債の持ち合いという重要な視点・事象に着目すべきであるという結論に至った.この新たな視点をモデル化するための準備にある程度の時間を要している.25年度が最終年度であるため、記入しない。研究課題の目的,システマティックリスク指標の提案に向けて,準備は順調に進んでいる.研究代表者と西出は,債務と株式を持ち合う状況下におけるペイオフの決定メカニズムについて明らかにしつつある.また,その際の計算アルゴリズムについても高速化を実現させるための準備が整いつつある.石井は,ネットワーク理論に基づいた,金融リスクの評価についての準備を進めた.昨年度に開催した国際シンポジウムは,意見交換・情報交換の場として,招待講演者からも好評を得た.事実,研究代表者は,招待講演者と新たに共同研究を進めることとなった.本年度も同様の国際シンポジウムを主催するとともに,上記11項において触れた新たな視点に関するモデル化が急務となる.25年度が最終年度であるため、記入しない。バランスシートが複雑に依存しあう状況における,ペイオフの確定は容易ではない.特にデフォルトコストがある場合について,より複雑になる.この問題を解決しつつあるので,今後は,ペイオフ確定の高速アルゴリズムの提案,そしてシステマティックリスク指標の提案と研究を進める.
1993年鹿児島豪雨災害における崩壊・土石流の規模予測と到達距離に関する研究

本研究は、1993年鹿児島豪雨災害における崩壊・土石流の規模と到達距離の推定法を明らかにすることを目的としたものである。まず、1993年災害後に撮影された吉田町および垂水市の空中写真から、崩壊面積、土砂の流動・到達範囲、崩壊個数、勾配などの地形特性を調べ、崩壊土量、崩壊密度などを求めた。次に、学習データとして、1976年から1992年までの時間雨量データおよび土砂災害記録を吉田町と垂水市について収集した。1976年から1992年までの時間雨量データと土砂災害の発生・不発生のデータを与えて1993年の発生予測を行った。最後に、崩壊・土石流の到達距離を明らかにするため、水路実験を行った。まず、勾配が30°40°の斜面で崩壊・流動したものが多いので、急勾配における抵抗則を調べた。次に、停止時すなわち低速流動状態の土石流の抵抗則を調べた。すなわち、急勾配水路の下流端に同じ幅の水路をヒンジで接続し、上流側は30°40°に、下流端は2°10°の勾配にそれぞれ設定して、上流水路から下流水路へ土石流を突入させ、停止過程を調べた。以上の結果、流動および停止時の運動方程式、連続の式を決定した。この運動方程式、連続の式を1993年の災害地に適用し、崩壊・土石流の到達距離を推定して、実際の場合と比較した。
幼児の数量概念の発達を支援する保育者の実践知の構造に関する研究

本研究では,文化的実践としての保育活動に注目し,日本の保育実践に特徴的にみられる保育者の促進的支援との関連で幼児の数量発達を捉えることを目的とした。幼稚園年長クラス(5歳児)における保育活動の観察,保育者への質問紙,幼児の数量能力評価で得られたデータの分析から,日本の保育者は,3, 4歳児だけでなく(Sakakibara, 2008),就学を控えた5歳児についても,体系だった指導に頼らない形で数量発達を効果的に促していることが示された。本研究の目的は,子どもが文化的実践としての数量活動に参加することで,より高度な数量能力を発達させる過程を解明することである。本研究では特に保育活動に注目し,日本の保育実践に特徴的にみられる保育者の促進的支援との関連で幼児の数量概念の発達を捉える。本年度は,「保育者の実践知と具体的な数量支援のあり方の関係」に焦点を当て,次の2点を行なった。第1に,申請者が幼稚園年長クラスにおいて実施した保育者への質問紙データと保育活動の自然観察記録の分析を行い,幼児の数量発達に対して幼稚園が果たす役割の大きさに関する保育者の信念と,それらの保育者が実際に行っている数量支援量の関係について検討した。その結果,保育者の信念と数量支援量の関係は示されなかった。さらに,そのような保育者の数量支援量と,それらのクラスに在籍している幼児の数量能力の関係についても検討したところ,保育者からの数量支援量が多いクラスの幼児の方が少ないクラスの幼児よりも数量能力が高いことが示された。保育者の意図的・非意図的な数量支援は3,4歳児と同様に(榊原,2006),5歳児についても,数量発達を効果的に促す役割を果たしていることが示された。第2に,申請者が保育者43名を対象に実施した面接・質問紙データのより詳細な分析を進めた。幼児の数量発達支援に対する保育者の説明を,保育者ごとに質問紙と面接データを合わせて検討していくことで,保育者の信念のタイプと保育活動における数量支援の傾向を見出すことができると考えている。本研究の目的は,子どもが文化的実践としての数量活動に参加することを通して,より高度な数量能力を発達させる過程を解明することである。本研究では特に,文化的実践としての保育活動に注目し,日本の保育実践に特徴的にみられる保育者の促進的支援との関連で幼児の数量概念の発達を捉える。平成20年度は,平成19年度に得られた研究成果を発展させ,次の2点を行った。第1に,保育者を対象に実施した幼児の数量発達と支援に関する面接・質問紙データの分析を進め,幼児の数量発達に対する保育者の信念と数量支援の関係について検討した。第2に,申請者が幼稚園年長(5歳児)クラスにおいて実施した保育活動の自然観察記録を詳細に分析し,幼児の数量発達に対する保育者の具体的な支援の方法について検討した。ここから日本の保育者は,自分が主導する保育活動において, (1)3, 4歳児だけでなく(Sakakibara, 2008),就学を控えた5歳児に対しても体系だった数量指導を行っていないこと,(2)保育者の数量支援は,日常の保育活動に数量の要素を埋め込む形で,特に「製作」「出欠の確認」「ゲーム」「歌」の活動において頻繁に行われていること,(3)数量要素の種類別では「数」に関わる活動が頻繁に行われており,「パターン」に関係した活動は殆ど行われていないことが明らかになった。保育者の数量支援としては,例えば,出欠を確認する活動において幼児に一連の質問を投げかけることによって,幼児がクラスの在籍人数から欠席児の人数を引いて出席児の人数を算出することを促したり,ゲームの活動において,幼児の数量への関与を促すゲームを選択する(例えばビンゴゲーム,サイコロを用いるボードゲーム,カルタなど)ことなどが観察された。
阿蘇中岳第一火口湯だまりの採水手法の確立

阿蘇中岳第一火口は,火口の直径が約400500m,深さが約120mのすり鉢状の形をしている.第一火口の特徴の1つとして,静穏期に火口湖が出現することが挙げられる.この火口湖は,単に雨水が火口底に溜まっているのではなく,火口直下の浅部熱水系の上端が地表に達しているものであると考えられている.したがって,火口湖の湖水を直接採取して分析することが出来れば,火口直下の熱供給系の解明につながるような貴重な情報が得られる.しかし,これまでに行ってきた湖水の採水は大変困難を極める作業であるため,他の観測項目に比べ頻度が低いのが現状であった.これまでの作業の最大の問題点として,火口の両端に採水ボトルのついた総延長800m4)ナイロン製ロープの敷設作業が挙げられる.これを改善するために,現時点で最も火口湖に接近できる火口南側の地点に着目した.この位置から火口湖面までは(斜距離)5070m程度であるため,遠投用の竿を用いて採水が出来るのではないかと考えた.しかし,直接採水ボトルを投げ入れたのでは,回収の際に湖を取り囲む火口壁に当たり資料水が損失する恐れがあるので,遠投竿はガイドを張るために用いた.次に,滑車に採水ボトルと重石を取り付けたものをもう一つの竿に取り付け,ガイドを伝って降下させる.滑車に取り付けた重石は,紙紐で取り付けるため,無事着水した際には数分後に溶け重石は固定へ沈み,引き上げを容易にする.10分程度待ち,電動リールを用いてボトルを回収する.この手法を用いれば,竿の取り扱いに2名・サンプル処理に1名の3名程度で実施でき,作業時間は移動を含めても1時間で完了する.これら作業手順に従い実践した結果,風向が大変重要であることが分かった.今回実践した地点は,第一火口南側にあるため,北東北西の風向の場合,向かい風となるため遠投竿の飛距離や火山ガスによって視界に影響を与える.したがって,アクセス場所が限定される阿蘇火山の場合,南東南西の風向が最も適当である.以上のように,阿蘇火山における新たな採水手法を実践した結果,少人数で安全かつ作業時間短縮といった面で,今後に期待の持てる成果をあげることができた.今後より確実な観測手法として完成することが出来れば,阿蘇火山はもとより,火口底にアクセス困難な火口湖を持つ他の火山でも応用し,これまでに解明されなかった新たな現象を捉えることに貢献できると考えている.阿蘇中岳第一火口は,火口の直径が約400500m,深さが約120mのすり鉢状の形をしている.第一火口の特徴の1つとして,静穏期に火口湖が出現することが挙げられる.この火口湖は,単に雨水が火口底に溜まっているのではなく,火口直下の浅部熱水系の上端が地表に達しているものであると考えられている.したがって,火口湖の湖水を直接採取して分析することが出来れば,火口直下の熱供給系の解明につながるような貴重な情報が得られる.しかし,これまでに行ってきた湖水の採水は大変困難を極める作業であるため,他の観測項目に比べ頻度が低いのが現状であった.これまでの作業の最大の問題点として,火口の両端に採水ボトルのついた総延長800m4)ナイロン製ロープの敷設作業が挙げられる.これを改善するために,現時点で最も火口湖に接近できる火口南側の地点に着目した.この位置から火口湖面までは(斜距離)5070m程度であるため,遠投用の竿を用いて採水が出来るのではないかと考えた.しかし,直接採水ボトルを投げ入れたのでは,回収の際に湖を取り囲む火口壁に当たり資料水が損失する恐れがあるので,遠投竿はガイドを張るために用いた.次に,滑車に採水ボトルと重石を取り付けたものをもう一つの竿に取り付け,ガイドを伝って降下させる.滑車に取り付けた重石は,紙紐で取り付けるため,無事着水した際には数分後に溶け重石は固定へ沈み,引き上げを容易にする.10分程度待ち,電動リールを用いてボトルを回収する.この手法を用いれば,竿の取り扱いに2名・サンプル処理に1名の3名程度で実施でき,作業時間は移動を含めても1時間で完了する.これら作業手順に従い実践した結果,風向が大変重要であることが分かった.今回実践した地点は,第一火口南側にあるため,北東北西の風向の場合,向かい風となるため遠投竿の飛距離や火山ガスによって視界に影響を与える.したがって,アクセス場所が限定される阿蘇火山の場合,南東南西の風向が最も適当である.以上のように,阿蘇火山における新たな採水手法を実践した結果,少人数で安全かつ作業時間短縮といった面で,今後に期待の持てる成果をあげることができた.今後より確実な観測手法として完成することが出来れば,阿蘇火山はもとより,火口底にアクセス困難な火口湖を持つ他の火山でも応用し,これまでに解明されなかった新たな現象を捉えることに貢献できると考えている.