平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急研究
(2)噴火現象の遠隔的・直接的な観測

霧島山新燃岳噴火における噴煙映像解析


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研究目的

観測概要

観測結果

解析概要

解析結果



研究目的

 本研究は,平成22年度科学技術振興調整費による「重要政策課題への機動的対応の推進」課題である「平成23年霧島山新燃岳噴火に関する緊急研究 」(研究代表者:独立行政法人防災科学技術研究所)において行われるものである.サブテーマ「(2)噴火現象の遠隔的・直接的な観測」において,噴煙映像の解析に取り組む.

 火山噴煙は,火山灰や軽石などの火砕物を大気中に放出し,火山周辺の広範囲に影響や被害を与える噴火現象である.火口直上における噴煙の発達過程では,火口からの火砕物の噴出条件や噴煙への大気の取り込みなど,様々な物理メカニズムがその現象を支配している.また,この火口直上における噴煙の挙動が,噴煙高度や火山灰拡散などの巨視的な噴煙形態にも大きな影響を与える可能性がある.

 本研究では,火口直上の噴煙発達過程のメカニズムを明らかにするために,噴煙高精度画像収録システムを用い,火口部ビデオ撮影・解析を実施する.それによって,噴煙の時系列的発達過程を求め,また火口直上での噴出物の移動を把握して噴煙の発達速度を推定する.

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観測概要

 新燃岳山頂の南約7.5kmの地点から,ハイビジョンカメラによる火口直上の高解像度映像の連続撮影を行った.観測の詳細は以下の通りである. 
  • 観測期間:2011年3月9日〜3月23日(15日間)
  • 有効画素数:1920 X 1080 /59.94i(ハイビジョン)
  • 撮影速度:30 fps
  • 35mm換算焦点距離:214 mm
  • 空間分解能:約0.544 m/1pixel
  • 画角実距離:1044 X 587 m


噴煙高解像度撮影用カメラの設置点
(地図の作成においてはカシミール3D及び国土地理院の基盤地図情報の10mメッシュ標高を使用した)

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観測結果

 観測期間内において,2011年3月13日の17:45噴火と2011年3月23日の08:25噴火を撮影することに成功した.ともに観測条件は良好で,PIV解析に耐えうる高解像度・高コントラストの映像を得ることができた.

2011年3月13日 17:45噴火





2011年3月23日 08:25噴火




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解析概要

 撮影した映像の解析においては,主にPIV(Particle Image Velocimetry)解析に取り組み,噴煙の噴出速度などを推定した.石峯他(2010)に基づき,噴火時の映像と噴火直前の映像の差分画像を解析に使用することで,噴煙の動きのみを抽出するなどの処理を行った.PIV解析においては,ライブラリ社のFlow-PIVを使用した.

参考文献:石峯康浩・瀧本浩史・神田学・木下紀正・横尾亮彦・井口正人 (2010), 「桜島火山・昭和火口で発生した噴煙のPIV解析」京都大学防災研究所年報, 52, p319-322.

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解析結果

 PIV解析の結果を以下に示す.

2011年3月13日 17:45噴火





噴火開始後5分間の噴煙速度ベクトルを重ねている.
下図:上の図の四角で囲んだ火口直上領域における平均速度の時系列変化.
 

2011年3月23日 08:25噴火





噴火開始後3分間の噴煙速度ベクトルを重ねている.

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