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JP2005024366A - Volcanic lava flow prediction system - Google Patents

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JP2005024366A
JP2005024366A JP2003189505A JP2003189505A JP2005024366A JP 2005024366 A JP2005024366 A JP 2005024366A JP 2003189505 A JP2003189505 A JP 2003189505A JP 2003189505 A JP2003189505 A JP 2003189505A JP 2005024366 A JP2005024366 A JP 2005024366A
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lava
lava flow
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area
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JP2003189505A
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Japanese (ja)
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Masataka Hidaka
政隆 日高
Akihiko Minato
明彦 湊
Eisuke Fujita
英輔 藤田
Motoo Ugawa
元雄 鵜川
Susumu Unno
進 海野
Akio Goto
章夫 後藤
Mie Ichihara
美恵 市原
Atsushi Toramaru
敦志 寅丸
Futoshi Nishimura
太志 西村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】火山噴火時に、流出する溶岩流が到達する地域をリアルタイムで予測計算するシステムを提供する。
【解決手段】地形上の標高分布を初期値とし、火口位置と時間変化する噴出溶岩流の流量と温度を境界条件として溶岩流の熱流動を解析することにより溶岩流が到達する地域を予測計算する解析手段21を備える。また、空中などから測距機器、温度計を用いて溶岩流の既到達地域と溶岩流上面の標高分布、温度分布を計測して、溶岩流の到達地域と厚さ、総体積、流量、温度を計算する計測手段14を備える。この計測値を基に算出された溶岩流の流量と計測された温度を解析手段21に通信して、溶岩流が到達する地域を予測計算する。
【選択図】 図1
A system for predicting and calculating in real time an area where a flowing lava flow reaches during a volcanic eruption is provided.
SOLUTION: Prediction calculation of the area where the lava flow reaches by analyzing the thermal flow of the lava flow using the elevation distribution on the terrain as the initial value and the flow rate and temperature of the erupting lava flow changing with the crater position and time as boundary conditions Analyzing means 21 is provided. In addition, the distance and thickness, total volume, flow rate, and temperature of the lava flow are measured by measuring the altitude distribution and temperature distribution of the lava flow from the air and using a ranging device and thermometer from the air. Measuring means 14 for calculating The flow of the lava flow calculated based on this measurement value and the measured temperature are communicated to the analysis means 21 to predict and calculate the area where the lava flow reaches.
[Selection] Figure 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火山噴火時の溶岩流の流下による被害地域をリアルタイムで予測する火山溶岩流予測システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
火山溶岩流の解析システムを開示したものとして非特許文献1,2がある。非特許文献1は火山災害において溶岩流による被害を予測するために、地形データを初期値とし、火口からの噴出溶岩流の流量と温度を境界条件として、溶岩流到達地域を予測する2次元の解析手法である。
【0003】
本発明者等による非特許文献2は、地形データを初期値とし、火口からの噴出溶岩流の流量と温度を境界条件として、溶岩流到達地域を予測する3次元の解析手法である。
【0004】
また、特許文献1による地震予測報知システムが提案されている。これは、予め設けられた地震観測網で検出した地震発生時の計測データから、報知の要否を判定するとともに、地震波の伝播を計算して特定地域の地震到達時刻や地震強度を報知するものである。
【0005】
【非特許文献1】
火山第2集(第33巻伊豆大島噴火特集号S64−S76ページ,1988)
【非特許文献2】
日本火山学会2002年度秋季大会講演予稿集(No.2,189ページ)
【特許文献1】
特開2003−66152号公報(段落0008−0014、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献1,2に記載の従来技術では、溶岩流の予測計算はできるものの、計測値を境界条件に用いていないため、リアルタイム予測に関しては解析精度が十分ではない。また、計測値を初期値に用いていないため、一旦計算値と計測値にずれが生じた場合、再度溶岩流の噴出開始時から解析パラメータを修正して再計算を行う必要があった。
【0007】
また、特許文献1に記載の従来技術では、予測情報を計算するためのデータを得るため、予め地震観測網を構築しておく必要がある。また、地震波の伝播と異なって、溶岩流の場合は起伏を有する地形上で慣性、粘性、圧力、重力などの力によって複雑な熱流動挙動を示すため、本方式の適用は困難である。
【0008】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、溶岩流の計測データを基に溶岩流が到達する地域をリアルタイムで予測する火山溶岩流予測システムを提供することにある。本発明のシステムによれば、溶岩流到達地域の予測精度を向上し、信頼性を向上することができる。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、火山噴火時の溶岩流の到達地域を予測する火山溶岩流予測システムにおいて、空中あるいは地上より、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する計測手段と、前記溶岩流上面標高分布と地形上標高分布の差から溶岩流厚さ分布を計算し、前記溶岩流厚さ分布と溶岩流の前記到達地域に基づいて溶岩流体積流量を計算する計算手段と、前記地形上標高分布を初期値とし、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量または質量流量及び溶岩流温度またはその比エンタルピを境界条件として溶岩流の熱流動を解析し、溶岩流の到達地域を予測する解析手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
これにより、溶岩流の計測データを基に溶岩流が到達する地域をリアルタイムで予測できるので、信頼性の高い火山溶岩流予測システムを提供することができる。
【0011】
また、前記解析手段は、溶岩流噴出開始後に既に溶岩流が到達した地域に対して、溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与える。
【0012】
あるいは、前記計測手段が溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する度に、前記解析手段は既に溶岩流が到達した地域に対して溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与え、且つ火口位置と時間変化する噴出溶岩流の体積流量または質量流量と溶岩流温度または比エンタルピを境界条件として与える前記熱流動の解析を逐次再計算し、溶岩流が到達する予測地域を計算の進捗に対応して逐次更新する。
【0013】
これにより、溶岩流噴出開始から計算することによる時間の無駄を省くとともに、溶岩流噴出開始から溶岩流の計測時刻までの予測誤差の発生を回避できる。
【0014】
また、溶岩流境界の流速分布を計測し、境界面積と流速の積により、火口から噴出する溶岩流の体積流量を計算する。
【0015】
あるいは、前記計測手段による最低2回の計測時刻に従い、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布を基に算出した2回の計測時刻の溶岩流総体積の差を2回の計測時刻の時間差で除して前記体積流量を求める。これらにより、体積流量の精度が向上する。
【0016】
また、前記解析手段による計算開始後の所定時間経過後に、前記計算手段が計測値に基づいて算出した溶岩流の体積流量に比較して、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が過小の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して増加させ、また予測された溶岩流の体積流量が過大の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算して予測する。
【0017】
あるいは、前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して減少させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して増加させて、溶岩流が到達する地域を再計算する。
【0018】
あるいは、前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して増加させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算する。
【0019】
これにより、溶岩流到達地域の予測精度が向上するため、信頼性の高い火山溶岩流予測システムを提供することができる。
【0020】
また、前記計測手段は、航空機または通信衛星あるいは地上より電磁波あるいは光学を用いて溶岩流の到達地域を測定する測距機器を有し、これら測距機器の緯度、経度、高度からなる絶対座標を衛星による位置計測システム(GPS)の電波によって定め、溶岩流の到達地域の境界の緯度、経度を測定する。
【0021】
これにより、溶岩流流量の計測精度が向上し、前記解析手段による到達地域の予測精度を向上できる。
【0022】
また、前記地形上標高分布や計測された溶岩流の到達地域、達溶岩流厚さ分布及び温度分布を含む初期値を生成し、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量あるいは質量流量、温度あるいは比エンタルピを含む境界値を生成する入力データ生成計算モジュールと、前記初期値と前記境界条件を入力して溶岩流の到達地域を予測する解析計算モジュールと、予測計算した溶岩流の到達地域を表示する表示手段とを有する計算機を備える。
【0023】
前記表示手段は、現在の溶岩流の到達地域と、所定時間後の溶岩流の予想到達地域を比較表示する。
【0024】
これにより、溶岩流流量の計測精度が向上する。また、計算負荷の増大による、計測、予測計算、結果表示機能間の計算機占有率の変化や、一機能に関する計算機不全によるシステム全体の稼働停滞を防止できる。
【0025】
また、計測値の入力により再計算を行う場合や予測計算を実施中に、複数時刻の溶岩流到達地域の予測値を表示できるため、計算結果の視認性を向上できる効果がある。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図1は一実施例による火山溶岩流予測システムの構成図、図2は解析シーケンスの概念図、図3−5は溶岩流到達地域予測結果の説明図を示す。
【0027】
図1において、火山1の山頂あるいは山腹に火口2が生じ、噴煙12とともに溶岩流3が噴出している。溶岩流3は、山腹の傾斜によって流れ下り、その流下方向には居住地域7が存在する。以下、火山溶岩流予測システムを溶岩流の計測手段14と、溶岩流3の到達地域を予測計算する解析手段21に分けて説明する。
【0028】
溶岩流の計測手段14は、本実施例では無翼航空機の一種であるヘリコプター5、または地球観測衛星6に積載されている測距機器が主体である。しかし、以下では単にヘリコプター5または地球観測衛星6と記載する。計測系としては、有翼航空機なども使用可能である。また、地表面上に計測機器を設置して計測しても良い。
【0029】
測定対象の座標を決定するため、位置計測システムであるGPS衛星27、GPS衛星28からの電波により、測定基部であるヘリコプター5自身の位置を計測する。また、位置計測の精度を向上するため、溶岩流周辺で溶岩流未到達地点に地上局を設置し、地表面の基点を定めることも有効である。ヘリコプター5の測距機器から、溶岩流3に測距用電磁波8が放射される。測距用には、レーザーなどの光波、音波なども使用できる。または、地球観測衛星6の測距機器からは、溶岩流3に測距用電磁波9が放射される。地球観測衛星6では、測距用にレーザーなどの光波も使用できる。
【0030】
測距機器に含まれる計算手段は、測距用電磁波8により測定した緯度、経度座標ごとに溶岩流3の上面の標高を得る。その溶岩流上面標高から、測定した緯度、経度座標ごとの火山噴火前の標高を減じることにより、緯度、経度座標に対する溶岩流3の厚さ分布を得る。さらに、各緯度、経度座標ごとの溶岩流3の厚さに、各緯度、経度座標ごとの計測メッシュ要素の水平面面積を乗じ、溶岩流全表面において積算したものが、溶岩流3の体積になる。
【0031】
測距機器の計算手段は、計測した溶岩流3の体積を、溶岩流3の噴出開始時から計測時までの経過時間で除し、単位時間当たりの体積増加量、すなわち体積流量を得る。一方、ヘリコプター5の機上では、計測手段14の一つである赤外線温度計などを用いて溶岩流3の温度を計測する。
【0032】
また、各緯度、経度座標ごとの溶岩流3の厚さを地形図上に配置し、厚さ0を「未到達」、厚さが有意な数値の場合「到達」と判定することによって、計測時に、溶岩流3が到達した地域を数値データとして与えることができる。また、火口2の位置は、溶岩流3の飛沫を目視によって確認し、位置座標を溶岩流3の厚さ分布計測の緯度、経度と地形図上で重ね合わせて数値化することにより得られる。他に、火口2の位置計測方法として、温度計測により、最高温度を記録した座標を用いる方法や、地中から上昇する溶岩流3の流れの動圧により溶岩流3中で、厚さが大となる座標を用いて決定することができる。
【0033】
以上の測距機器や温度計による計測データは、ヘリコプター5、地球観測衛星6などから、電波受信中継設備4に送信され、解析手段21に送られる。上記計算手段は測距機器、中継設備4または解析手段21に機能の全部が備えられ、あるいは分担して配置されていてもよい。
【0034】
次に、解析手段について説明する。図1において、解析手段21は、入力データ生成計算機モジュール22、解析計算機モジュール23、データ出力計算機モジュール24、結果表示・コマンド投入コンソール25、ファイルシステム26などから構成される。電波受信中継設備4を経由して、計測系14から溶岩流3の厚さ分布、体積、流量、温度、到達地域、火口2の座標などの計測データが送信される。
【0035】
計測データは、入力データ生成計算機モジュール22に入力され、火山1の噴火前の地形を基にした解析座標と、火口2の位置、溶岩流3の厚さ分布、温度分布が相関付けられる。また、溶岩流の体積流量データから溶岩流の質量を乗じて質量流量への換算や、温度から比エンタルピへの換算も、ここで行われる。その他、雰囲気温度を設定し、火山1周辺に湖、海などがある場合は水位分布、水温を設定する。また、溶岩流3の組成なども入力可能とする。
【0036】
上述した以外に、入力データ生成計算機モジュール22は、測距手段によって計測された溶岩流上面標高から火山噴火前の標高を減じることにより、緯度、経度座標に対する溶岩流厚さ分布を算出してもよい。また、緯度、経度ごとの溶岩流厚さに、緯度、経度ごとの計測メッシュ要素の水平面面積を乗じ、溶岩流全表面において積算して溶岩流体積を求めてもよい。さらに、溶岩流体積を溶岩流の噴出開始から計測時までの経過時間で除し、体積流量を求めてもよい。
【0037】
計測データのうち、既に流下した溶岩流3の到達地域の溶岩流厚さ分布、温度分布は、次に述べる解析計算機モジュール23の初期値になり、溶岩流3の質量流量、比エンタルピ、および雰囲気温度、水位、水温などは境界条件になる。
【0038】
溶岩流厚さから求めた質量初期値と質量流量は、熱流動解析モデルの質量保存式で用いられ、単位質量当たりの内部エネルギーである比エンタルピは、熱流動解析モデルのエネルギー保存式で用いられて、質量、エネルギーの輸送が解かれる。雰囲気温度、水位、水温は、溶岩流と雰囲気との熱伝達量計算に用いられ、エネルギー保存式において熱伝達によるエネルギーの増減を与える。ここで、質量と体積は密度により相関付けられ、比エンタルピと温度は比熱、潜熱を介して相関付けられるので、解析において質量、比エンタルピに限らず、体積、温度を用いることも可能である。
【0039】
図中、A1は計測データ、A2は初期値、境界条件データ、A3は予測計算値、A4は溶岩流到達地域の計測値、A5は溶岩流到達地域の予測計算値である。一方、C1は入力データ生成計算機モジュール制御コマンド、C2は解析計算機モジュール制御コマンド、C3はデータ出力計算機モジュール制御コマンドである。
【0040】
解析計算機モジュール23では、入力データ生成計算機モジュール22で前記の初期値、境界条件データが生成されるごとに、解析をスタートさせる。その際、複数の計算機プロセッサを用いれば、入力データ生成計算機モジュール22からのデータ入力に係わらず、実施中の計算を継続することもできる。
【0041】
解析計算機モジュール23では、「日本火山学会2002年度秋季大会講演予稿集,No.2,189ページ」に例示した解析モデルなどにより、溶岩流3の熱流動を理論的に解析する。
【0042】
ここで例示した解析モデルは、溶岩流をニュートン流体として扱い、3次元の質量、運動量、およびエネルギー方程式を解くものである。溶岩流の拡がりと冷却による凝固・停止による境界条件の変化を、計算ステップごとに更新することにより、溶岩流のような凝固性を有する熱流体の挙動を解析可能としている。解析モデルにおいて、溶岩流以外の火山泥流や火山土石流を対象として物性値関数を修正し、停止境界条件の変化を解析モデルに組み込むことにより、本予測システムを火山泥流や火山土石流対象に拡張することも可能である。
【0043】
ここで、溶岩流3の到達地域を予測するために、計算時間は実現象の時間より短くする必要がある。以下、図2において、計算時間が実現象の時間の1/6の場合について、溶岩流3の到達地域を予測計算する方法を説明する。
【0044】
図2において、横軸は溶岩流3の噴出後の経過時間を表し、縦軸は計測データが入力されるごとの解析ケースの更新数を示す。図中の実線矢印は計算時間であり、横方向の破線矢印は計算により予測される実際の現象の時間である。したがって、実時刻が実線矢印の先端の位置にある場合、破線矢印先端時刻の溶岩流3の到達地域を予測できることになる。
【0045】
時刻0hで溶岩流3の噴出が始まり、解析系21では解析系列▲1▼の計算を開始する。この初期の場合、計測データは得られていないので、目視等による暫定値を入力して計算を行う。この例では、第1回の計測系14からの計測データが時刻1h(図2のA)において送信されるまでに、6h後の溶岩流3到達地域の予測計算値が得られる。時刻10min(予測事象の実時間1h)で得られた予測計算値と第1回(時刻1h)の計測系14からの計測データの溶岩流3の到達地域実測値を比較することにより、解析系列▲1▼における解析パラメータの評価が可能である。
【0046】
第1回の計測系14からの計測データを用いて、時刻1hから解析系列▲2▼の計算を開始する。1時間の計算により、時刻2hにおいて時刻7hの予測計算値、時刻3hにおいて時刻13h、時刻4hにおいて時刻19hの予測計算値がそれぞれ得られる。
【0047】
図3は、解析系列▲2▼において、時刻4hに得られた溶岩流3の到達地域予測計算値の出力結果と、時刻4hの溶岩流到達地域の計測値32を、地形図(国土地理院火山基本図)31に重ね合わせたものである。図中には、時刻4hにおける溶岩流到達地域の計測値32が黒塗りで示され、その後の7h、13h、19hにおける予測計算値33、34、35が実線で示される。
【0048】
このような重ね合わせ図は、計算の進行に連動してデータ出力計算機モジュール24を経て、表示装置である結果表示・コマンド投入コンソール25に予測事象の実時間を示して表示されるので、計算結果の視認性を向上できる。
【0049】
同様の計測にしたがって、解析系列を進め、時刻7hにおいて図4に示すように、図2の第3回計測値が得られ、解析系列▲2▼の予測計算値に重ね合わされる。図4では、解析系列▲2▼の時刻7hの予測計算値33と第3回計測値が比較されるので、解析パラメータの評価が可能である。その結果は、解析系列▲4▼の計算に反映される。図5は、時刻4hの計測値をもとに計算した時刻13hの解析系列▲3▼の予測計算値37を用いて、図4の解析系列▲2▼の予測計算値34を更新したものである。
【0050】
本実施例の火山溶岩流予測システムによれば、計測値を次の解析系列の初期値として用いることにより、溶岩流到達地域を精度良く予測することができるので、信頼性を向上する効果がある。
【0051】
次に、本発明の第2の実施例を説明する。図6は溶岩流の到達地域計測値の概念図、図7は溶岩流の流速分布の概念図である。火山溶岩流リアルタイム予測システムの溶岩流流量計算手法を説明する。
【0052】
第1の実施例では、溶岩流の流量を求める場合に、計測した溶岩流の体積を、溶岩流の噴出開始時から計測時までの経過時間で除し、単位時間当たりの体積増加量、すなわち体積流量を得ていた。これは、平均的な流量を与える方法であり、溶岩流の流量変動を解析に反映することが困難である。第2の実施例は、第1の実施例と同じ火山溶岩流リアルタイム予測システムにおいて、溶岩流到達地域計測値から溶岩流流量を精度良く計算する方法である。
【0053】
図6では火口40から噴出した第N回目の計測時における溶岩流41と、第(N+n)回目の計測時における溶岩流42を示す。溶岩流41の体積は第N回目の計測時に測定され、溶岩流42の体積は第(N+n)回目の計測時に測定される。ここで、N、nは任意の整数である。このときの溶岩流42の体積から溶岩流41の体積を減じ、第N回目と第(N+n)回目の間の体積の増分を求める。また、第(N+n)回目の計測時刻から第N回目の計測時刻を減じ、両計測間の時間間隔を計算する。前記の体積増分を両計測間の時間間隔で除すことにより、両計測間における体積増加率、すなわち対象時刻間の体積流量を正確に求めることができる。
【0054】
本手法によれば、溶岩流の流量計測の精度を向上できるため、溶岩流到達地域の予測精度をさらに向上できる。
【0055】
図6の計測手法の場合、複数の時間間隔における溶岩流の体積差を求めるのに最低2回以上の計測が必要となる。また、溶岩流流量が少ない場合に計測精度を高めるためには、計測間隔を長くする必要がある。
【0056】
図7に他の溶岩流の流量計算手法を説明する概念図を示す。図7の手法では、溶岩流44の表面を一定間隔の溶岩流表面速度測定マトリックス43に切り分け、各マトリックス43における溶岩流表面の移動速度を計測する。計測には、レーザー計測計、あるいは画像処理技術を利用する。移動速度のベクトルを求め、ベクトル法線成分ごとに溶岩流表面速度測定マトリックス43の各メッシュ要素表面積を乗じて、その積を全マトリックスにわたって積算する。この積算値が溶岩流44の体積流量である。
【0057】
本手法によれば、1回の計測によって溶岩流流量を計測できるため、短時間で溶岩流流量を計測できる利点がある。
【0058】
第2の実施例による火山溶岩流リアルタイム推移予測システムでは、第1の実施例の効果に加え、溶岩流の流量を短時間で精度良く計測できる。これにより、さらに溶岩流の到達地域予測時間を短縮でき、被害地域からの避難が容易になり、安全性が向上する効果がある。
【0059】
次に、本発明の第3の実施例による火山溶岩流リアルタイム予測システムを説明する。図8は、解析計算機モジュールの構成図である。図9は溶岩流形状を表す概念図である。
【0060】
解析計算機モジュール23は、初期値設定部51、境界条件設定部52、熱流動計算部53、物性値計算部54、計測計算値・解析予測値比較部55、初期値修正部56、境界条件修正部57から構成される。
【0061】
計測に基づき図1の入力データ生成計算機モジュール22で計算された初期値は、計算コードの初期値設定部51に入る。ここでは、物性値計算部54で計算された密度、粘性、熱伝導度、比熱などの物性値を用いて初期値を設定する。次に、計測に基づき図1の入力データ生成計算機モジュール22で計算された境界条件が境界条件設定部52に入り、熱流動計算部53の繰り返し計算における境界条件となる。境界条件設定部52、および熱流動計算部53においても密度、粘性、熱伝導度、比熱などの物性値は、物性値計算部54で計算された値を用いる。熱流動計算部53の計算結果出力60は、図1のデータ出力計算機モジュール24に送られる。
【0062】
以上の解析計算機モジュール23に、計算結果出力60と計測結果61を比較する計測計算値・予測計算値比較部55を設ける。計測計算値・予測計算値比較部55では、図9に示すように、溶岩流の拡がり面積と厚さに関して、計測計算値と予測計算値を比較する。一般に、溶岩流の温度が低いほど溶岩流の粘性が高くなり、溶岩流の拡がりが抑制され、溶岩流の厚さが増加する。
【0063】
計測計算値・予測計算値比較部55で、計測計算値に基づく溶岩流厚さ分布(拡がり面積と厚さ)と予測計算された溶岩流厚さ分布(拡がり面積と厚さ)を比較する。溶岩流拡がり予測計算結果71が溶岩流拡がり計測計算結果72より薄く広い面積に拡がったと判定された場合、計測計算値・予測計算値比較部55から初期値修正部56と境界条件修正部57に溶岩流温度修正信号63を出し、初期値と境界条件の溶岩流温度を低下させる。また、温度の修正に代わって、計測計算値・予測計算値比較部55から物性値計算部54に溶岩流の粘性を増加させる物性値修正信号62を出しても良い。
【0064】
逆に、溶岩流拡がり予測計算結果71が溶岩流拡がり計測計算結果72より厚く狭い面積に拡がったと判定された場合、計測計算値・予測計算値比較部55から初期値修正部56と境界条件修正部57に溶岩流温度修正信号63を出し、初期値と境界条件の溶岩流温度を増加させる。また、計測計算値・予測計算値比較部55から物性値計算部54に溶岩流の粘性を減少させる物性値修正信号62を出しても良い。
【0065】
本手法によれば、溶岩流の到達地域を予測計算する上で、溶岩流温度あるいは物性値を計測計算値を基に修正することにより、溶岩流の拡がり挙動を精度良く予測できるので、溶岩流到達地域の予測精度をさらに向上できる利点がある。
【0066】
第3の実施例の火山溶岩流リアルタイム予測システムでは、第1の実施例による効果に加え、溶岩流の到達地域をさらに精度良く予測できる。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、火山噴火時において、溶岩流の到達地域を短時間で精度良く予測できる効果がある。
【0068】
また、溶岩流の到達地域を計測値を用いて系統的に計算できるので、予測計算の安定性が高く、被害予測精度を向上できる効果がある。
【0069】
さらに、溶岩流の流量、温度を計測値から精度良く計算でき、また溶岩流の温度、物性の影響を予測計算に反映できるので、被害予測精度を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による火山溶岩流リアルタイム予測システムの構成図。
【図2】第1の実施例による解析シーケンスの説明図。
【図3】時刻4hにおける溶岩流到達地域の予測計算結果を表す説明図。
【図4】時刻7hにおける溶岩流到達地域の予測計算結果を表す説明図。
【図5】時刻13hにおける修正された溶岩流到達地域の予測計算結果を表す説明図。
【図6】本発明の第2の実施例による溶岩流流量計測原理を説明する概念図。
【図7】第2の実施例による他の溶岩流流量計測原理を説明する概念図。
【図8】本発明の第3の実施例による火山溶岩流リアルタイム予測システムの解析計算機モジュールの構成図。
【図9】第3の実施例による溶岩流拡がり計算値と計測値の比較を表わす説明図。
【符号の説明】
1…火山、2…火口、3…溶岩流、4…電波受信中継設備、5…ヘリコプター、6…地球観測衛星、7…居住地域、8…測距用電磁波、9…測距用電磁波、10…溶岩流観測データ、11…溶岩流観測データ、12…噴煙、14…計測手段、21…解析手段、22…入力データ生成計算機モジュール、23…解析計算機モジュール、24…データ出力計算機モジュール、25…結果表示・コマンド投入コンソール、26…ファイルシステム、27,28…GPS衛星、30…火口、31…地形図、32…溶岩流噴出4時間後の溶岩流到達地域の計測値、33…溶岩流噴出7時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、34…溶岩流噴出13時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、35…溶岩流噴出19時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、36…溶岩流噴出7時間後の溶岩流到達地域の計測値、37…溶岩流噴出13時間後の溶岩流到達地域の予測計算値、43…溶岩流表面速度測定マトリックス、44…溶岩流、51…初期値設定部、52…境界条件設定部、53…熱流動計算部、54…物性値計算部、55…計測計算値・予測計算値比較部、56…初期値修正部、57…境界条件修正部、58…初期値、59…境界条件、60…計算結果出力、61…計測データ、62…物性値修正信号、63…溶岩流温度修正信号、71…溶岩流拡がり予測計算結果、72…溶岩流拡がり計測計算結果、73…火口。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a volcanic lava flow prediction system that predicts in real time a damaged area caused by a lava flow during a volcanic eruption.
[0002]
[Prior art]
Non-Patent Documents 1 and 2 disclose systems for analyzing volcanic lava flows. Non-Patent Document 1 is a two-dimensional model that predicts the lava flow arrival area using the topographic data as the initial value and the flow rate and temperature of the erupting lava flow from the crater as boundary conditions in order to predict the damage caused by the lava flow in a volcanic disaster. This is an analysis method.
[0003]
Non-Patent Document 2 by the present inventors is a three-dimensional analysis method for predicting a lava flow arrival region using topographic data as an initial value and the flow rate and temperature of a lava flow ejected from a crater as boundary conditions.
[0004]
Moreover, the earthquake prediction alerting | reporting system by patent document 1 is proposed. This is to determine the necessity of notification from measurement data at the time of the occurrence of an earthquake detected by a pre-installed earthquake observation network, and to calculate the earthquake arrival time and earthquake intensity by calculating the propagation of the seismic wave It is.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Volcano Vol. 2 (Volume 33, Izu Oshima Eruption Special Issue S64-S76, 1988)
[Non-Patent Document 2]
Proceedings of the Annual Meeting of the Volcano Society of Japan 2002 (No. 2, 189 pages)
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laying-Open No. 2003-66152 (paragraphs 0008-0014, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional techniques described in Non-Patent Documents 1 and 2, although lava flow prediction calculation can be performed, the measurement value is not used as a boundary condition, so analysis accuracy is not sufficient for real-time prediction. In addition, since the measured value is not used as the initial value, once there was a discrepancy between the calculated value and the measured value, it was necessary to correct the analysis parameters from the beginning of lava flow ejection and recalculate.
[0007]
In the prior art described in Patent Document 1, it is necessary to construct an earthquake observation network in advance in order to obtain data for calculating prediction information. Also, unlike the propagation of seismic waves, lava flows show complex heat flow behavior due to forces such as inertia, viscosity, pressure, and gravity on undulating terrain, making it difficult to apply this method.
[0008]
An object of the present invention is to provide a volcanic lava flow prediction system that predicts in real time an area where a lava flow will reach based on lava flow measurement data. According to the system of the present invention, the prediction accuracy of the lava flow arrival area can be improved and the reliability can be improved.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a volcanic lava flow prediction system for predicting the arrival area of a lava flow at the time of volcanic eruption, from the air or on the ground, the arrival area of the lava flow, the elevation distribution of the lava flow and the lava flow temperature. The lava flow thickness distribution is calculated from the difference between the lava flow upper surface elevation distribution and the topographical elevation distribution, and the lava flow volumetric flow rate based on the lava flow thickness distribution and the arrival area of the lava flow Analyzing the thermal flow of the lava flow using the above-mentioned altitude distribution on the terrain as the initial value, and using the crater position, time-varying volume flow or mass flow of the lava flow and lava flow temperature or its specific enthalpy as boundary conditions And an analysis means for predicting the arrival area of the lava flow.
[0010]
Thereby, since the area where the lava flow reaches can be predicted in real time based on the measurement data of the lava flow, a highly reliable volcanic lava flow prediction system can be provided.
[0011]
Further, the analysis means gives the lava flow thickness distribution and the lava flow temperature as initial values to the area where the lava flow has already reached after the start of lava flow ejection.
[0012]
Alternatively, each time the measuring means measures the lava flow arrival area, lava flow upper surface elevation distribution and lava flow temperature, the analyzing means calculates the lava flow thickness distribution and lava flow temperature for the area where the lava flow has already reached. As an initial value, and re-calculate the heat flow analysis as a boundary condition of the volume flow rate or mass flow rate of the erupting lava flow and the lava flow temperature or specific enthalpy changing with time, and the lava flow arrives The predicted area is updated sequentially as the calculation progresses.
[0013]
Thereby, waste of time due to calculation from the start of lava flow ejection can be eliminated, and occurrence of prediction errors from the start of lava flow ejection to the lava flow measurement time can be avoided.
[0014]
In addition, the flow velocity distribution at the lava flow boundary is measured, and the volumetric flow rate of the lava flow ejected from the crater is calculated by the product of the boundary area and the flow velocity.
[0015]
Alternatively, the difference in the total volume of the lava flow between the two measurement times calculated based on the arrival area of the lava flow and the elevation distribution of the lava flow according to the measurement time at least twice by the measurement means is the time difference between the two measurement times. To obtain the volume flow rate. As a result, the accuracy of the volume flow rate is improved.
[0016]
In addition, the laminar flow volume flow predicted by the analysis unit is less than the lava flow volume flow rate calculated by the calculation unit based on the measured value after a lapse of a predetermined time after the start of the calculation by the analysis unit. In this case, the laminar flow volumetric flow rate is increased relative to the value at the start of the calculation, and if the predicted lava flow volumetric flow rate is excessive, the lava flow volumetric flow rate is increased relative to the value at the start of the calculation. Decrease and recalculate the area where the lava flow will reach.
[0017]
Alternatively, after starting the calculation by the analysis means, the lava flow volume flow predicted by the analysis means is equal to or less than the lava flow volume flow calculated by the calculation means and the lava flow thickness distribution predicted by the analysis means Is larger than the lava flow thickness distribution measured by the measurement means, the viscosity coefficient of the lava flow is decreased with respect to the value at the start of the calculation, and the volume flow rate of the lava flow predicted by the analysis means Is more than the volume flow rate of the lava flow calculated by the calculating means, and the lava flow thickness distribution predicted by the analyzing means is smaller than the lava flow thickness distribution measured by the measuring means, Increase the viscosity coefficient of the flow with respect to the value at the start of the calculation, and recalculate the area where the lava flow reaches.
[0018]
Alternatively, after starting the calculation by the analysis means, the lava flow volume flow predicted by the analysis means is equal to or less than the lava flow volume flow calculated by the calculation means and the lava flow thickness distribution predicted by the analysis means Is larger than the lava flow thickness distribution measured by the measuring means, the lava flow temperature is increased with respect to the value at the start of the calculation, and the volume flow rate of the lava flow predicted by the analyzing means is increased. When the lava flow thickness distribution calculated by the calculating means is equal to or greater than the laminar flow thickness distribution calculated by the analyzing means and is smaller than the lava flow thickness distribution measured by the measuring means, Recalculate the area where the lava flow reaches by reducing the temperature of
[0019]
Thereby, since the prediction precision of the lava flow arrival area improves, a highly reliable volcanic lava flow prediction system can be provided.
[0020]
The measuring means has a distance measuring device for measuring the arrival area of the lava flow using electromagnetic waves or optics from an aircraft, a communication satellite, or the ground, and the absolute coordinates composed of the latitude, longitude, and altitude of these distance measuring devices are obtained. It is determined by the radio wave of the position measurement system (GPS) by satellite, and the latitude and longitude of the boundary of the arrival area of the lava flow are measured.
[0021]
Thereby, the measurement accuracy of the lava flow rate is improved, and the prediction accuracy of the arrival area by the analysis means can be improved.
[0022]
It also generates initial values including the elevation distribution on the topography, the reach of the measured lava flow, the reached lava flow thickness distribution, and the temperature distribution, the crater position, the volumetric flow rate or mass flow rate of the lava flow that changes over time, temperature Alternatively, an input data generation calculation module that generates a boundary value including specific enthalpy, an analysis calculation module that predicts an arrival area of the lava flow by inputting the initial value and the boundary condition, and an estimated calculation area of the arrival of the lava flow A computer having display means for displaying;
[0023]
The display means compares and displays the current arrival area of the lava flow and the expected arrival area of the lava flow after a predetermined time.
[0024]
Thereby, the measurement accuracy of the lava flow rate improves. In addition, it is possible to prevent a change in the computer occupancy ratio between measurement, prediction calculation, and result display functions due to an increase in calculation load, and a stagnation of the entire system due to a computer failure related to one function.
[0025]
Moreover, since the predicted value of the lava flow arrival area at a plurality of times can be displayed when recalculation is performed by inputting the measured value or during the prediction calculation, the visibility of the calculation result can be improved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a volcanic lava flow prediction system according to an embodiment, FIG. 2 is a conceptual diagram of an analysis sequence, and FIG. 3-5 is an explanatory diagram of a lava flow arrival area prediction result.
[0027]
In FIG. 1, a crater 2 is generated at the summit or hillside of a volcano 1, and a lava flow 3 is ejected together with fumes 12. The lava flow 3 flows down due to the slope of the mountainside, and a residential area 7 exists in the flow direction. Hereinafter, the volcanic lava flow prediction system will be described by dividing it into a lava flow measuring means 14 and an analysis means 21 for predicting and calculating the arrival area of the lava flow 3.
[0028]
In this embodiment, the lava flow measuring means 14 is mainly a helicopter 5 which is a kind of wingless aircraft, or a distance measuring device mounted on the earth observation satellite 6. However, in the following, they are simply referred to as helicopter 5 or earth observation satellite 6. As a measurement system, a winged aircraft can also be used. Moreover, you may measure by installing a measuring device on the ground surface.
[0029]
In order to determine the coordinates of the measurement target, the position of the helicopter 5 itself, which is the measurement base, is measured by radio waves from the GPS satellites 27, 28, which are position measurement systems. In addition, in order to improve the accuracy of position measurement, it is also effective to set a ground station at the lava flow unreachable point around the lava flow and determine the base point of the ground surface. A distance measuring electromagnetic wave 8 is radiated to the lava flow 3 from the distance measuring device of the helicopter 5. For distance measurement, a light wave such as a laser, or a sound wave can be used. Alternatively, the ranging electromagnetic wave 9 is radiated to the lava flow 3 from the ranging device of the earth observation satellite 6. The earth observation satellite 6 can also use a light wave such as a laser for distance measurement.
[0030]
The calculation means included in the distance measuring device obtains the elevation of the upper surface of the lava flow 3 for each latitude and longitude coordinate measured by the distance measuring electromagnetic wave 8. The thickness distribution of the lava flow 3 with respect to the latitude and longitude coordinates is obtained by subtracting the elevation before the volcanic eruption for each measured latitude and longitude coordinates from the elevation of the lava flow. Further, the volume of the lava flow 3 is obtained by multiplying the thickness of the lava flow 3 for each latitude and longitude coordinate by the horizontal plane area of the measurement mesh element for each latitude and longitude coordinate and integrating the thickness over the entire surface of the lava flow. .
[0031]
The calculation means of the distance measuring device divides the measured volume of the lava flow 3 by the elapsed time from the start of ejection of the lava flow 3 to the time of measurement to obtain the volume increase per unit time, that is, the volume flow rate. On the other hand, on the helicopter 5, the temperature of the lava flow 3 is measured using an infrared thermometer, which is one of the measuring means 14.
[0032]
In addition, the thickness of lava flow 3 for each latitude and longitude coordinate is arranged on the topographic map, and thickness 0 is measured as “unreachable”, and when the thickness is a significant value, it is determined as “reached”. Sometimes the area where the lava flow 3 has reached can be given as numerical data. The position of the crater 2 can be obtained by visually checking the spray of the lava flow 3 and digitizing the position coordinates on the latitudinal and longitude of the thickness distribution measurement of the lava flow 3 on the topographic map. In addition, as the position measurement method of the crater 2, the thickness is large in the lava flow 3 by the method using the coordinate that recorded the maximum temperature by the temperature measurement or the dynamic pressure of the flow of the lava flow 3 rising from the ground Can be determined using the coordinates.
[0033]
The above measurement data from the distance measuring device and the thermometer is transmitted from the helicopter 5 and the earth observation satellite 6 to the radio wave reception relay facility 4 and sent to the analysis means 21. As for the calculation means, the distance measuring device, the relay facility 4 or the analysis means 21 may be provided with all of the functions or may be arranged in a shared manner.
[0034]
Next, analysis means will be described. In FIG. 1, the analysis means 21 includes an input data generation computer module 22, an analysis computer module 23, a data output computer module 24, a result display / command input console 25, a file system 26, and the like. Measurement data such as the thickness distribution, volume, flow rate, temperature, arrival area, and coordinates of the crater 2 of the lava flow 3 is transmitted from the measurement system 14 via the radio wave reception relay facility 4.
[0035]
The measurement data is input to the input data generation computer module 22, and the analysis coordinates based on the topography before the eruption of the volcano 1 are correlated with the position of the crater 2, the thickness distribution of the lava flow 3, and the temperature distribution. Moreover, the volume flow rate data of the lava flow is multiplied by the mass of the lava flow to convert it into a mass flow rate, and conversion from temperature to specific enthalpy is also performed here. In addition, the ambient temperature is set, and if there are lakes, seas, etc. around Volcano 1, the water level distribution and water temperature are set. Also, the composition of the lava flow 3 can be input.
[0036]
In addition to the above, the input data generation computer module 22 may calculate the lava flow thickness distribution for the latitude and longitude coordinates by subtracting the elevation before the volcanic eruption from the lava flow top elevation measured by the distance measuring means. Good. Alternatively, the lava flow thickness for each latitude and longitude may be multiplied by the horizontal plane area of the measurement mesh element for each latitude and longitude and integrated over the entire surface of the lava flow to obtain the lava flow volume. Further, the volume flow rate may be obtained by dividing the lava flow volume by the elapsed time from the start of lava flow ejection to the time of measurement.
[0037]
Among the measurement data, the lava flow thickness distribution and temperature distribution in the area where the lava flow 3 that has already flowed down are the initial values of the analysis computer module 23 described below, and the mass flow rate, specific enthalpy, and atmosphere of the lava flow 3 are as follows. Temperature, water level, water temperature, etc. are boundary conditions.
[0038]
The mass initial value and mass flow rate obtained from the lava flow thickness are used in the mass conservation equation of the thermal fluid analysis model, and the specific enthalpy per unit mass is used in the energy conservation equation of the thermal fluid analysis model. Thus, the transport of mass and energy is solved. Atmosphere temperature, water level, and water temperature are used to calculate the amount of heat transfer between the lava flow and the atmosphere, and increase or decrease the energy due to heat transfer in the energy conservation equation. Here, mass and volume are correlated by density, and specific enthalpy and temperature are correlated through specific heat and latent heat. Therefore, not only mass and specific enthalpy but also volume and temperature can be used in the analysis.
[0039]
In the figure, A1 is measurement data, A2 is an initial value, boundary condition data, A3 is a predicted calculation value, A4 is a measurement value of a lava flow arrival area, and A5 is a prediction calculation value of a lava flow arrival area. On the other hand, C1 is an input data generation computer module control command, C2 is an analysis computer module control command, and C3 is a data output computer module control command.
[0040]
The analysis computer module 23 starts an analysis each time the initial value and boundary condition data are generated by the input data generation computer module 22. At this time, if a plurality of computer processors are used, the calculation being performed can be continued regardless of the data input from the input data generation computer module 22.
[0041]
The analysis computer module 23 theoretically analyzes the heat flow of the lava flow 3 by using the analysis model exemplified in “Proceedings of the Annual Meeting of the Volcano Society of Japan 2002, No. 2, page 189”.
[0042]
The analysis model exemplified here treats a lava flow as a Newtonian fluid and solves a three-dimensional mass, momentum, and energy equation. The change of boundary conditions due to lava flow spreading and solidification / stopping due to cooling is updated for each calculation step, making it possible to analyze the behavior of a solid fluid like a lava flow. In the analysis model, this prediction system is extended to volcanic mud flow and volcanic debris flow by modifying the physical property value function for volcanic mud flow and volcanic debris flow other than lava flow and incorporating changes in stop boundary conditions into the analytical model. It is also possible to do.
[0043]
Here, in order to predict the arrival area of the lava flow 3, the calculation time needs to be shorter than the actual phenomenon time. Hereinafter, a method for predicting and calculating the arrival area of the lava flow 3 in the case where the calculation time is 1/6 of the actual phenomenon time in FIG. 2 will be described.
[0044]
In FIG. 2, the horizontal axis represents the elapsed time after the lava flow 3 is ejected, and the vertical axis represents the number of analysis cases updated each time measurement data is input. The solid line arrow in the figure is the calculation time, and the horizontal broken line arrow is the actual phenomenon time predicted by the calculation. Therefore, when the real time is at the position of the tip of the solid arrow, the arrival area of the lava flow 3 at the tip of the broken arrow can be predicted.
[0045]
The eruption of lava flow 3 begins at time 0h, and the analysis system 21 starts calculating the analysis sequence (1). In this initial stage, measurement data is not obtained, so a provisional value obtained by visual inspection or the like is input for calculation. In this example, by the time measurement data from the first measurement system 14 is transmitted at time 1h (A in FIG. 2), a predicted calculation value of the arrival area of the lava flow 3 after 6h is obtained. By comparing the predicted calculation value obtained at time 10 min (actual time 1 h of the predicted event) with the actual measured value of the arrival area of lava flow 3 in the measurement data 14 from the first (time 1 h) measurement system 14, the analysis sequence Analysis parameters in (1) can be evaluated.
[0046]
Using the measurement data from the first measurement system 14, the calculation of the analysis series {circle around (2)} is started from time 1h. By calculating for one hour, a predicted calculated value at time 7h at time 2h, a predicted value at time 13h at time 3h, and a predicted calculated value at time 19h at time 4h are obtained.
[0047]
Fig. 3 shows the topographic map (Geographical Survey Institute) of the output result of the predicted area of arrival of lava flow 3 obtained at time 4h and the measured value 32 of the arrival area of lava flow at time 4h in analysis series (2). It is superimposed on the basic volcano map 31). In the figure, the measured value 32 of the lava flow arrival area at time 4h is shown in black, and the predicted calculated values 33, 34, and 35 in 7h, 13h, and 19h thereafter are shown as solid lines.
[0048]
Since such a superposition diagram is displayed through the data output computer module 24 in conjunction with the progress of the calculation and is displayed on the result display / command input console 25 which is a display device showing the actual time of the predicted event, the calculation result Visibility can be improved.
[0049]
According to the same measurement, the analysis sequence is advanced, and the third measurement value of FIG. 2 is obtained at time 7h as shown in FIG. 4 and is superimposed on the predicted calculation value of the analysis sequence (2). In FIG. 4, since the predicted calculation value 33 at the time 7h of the analysis sequence (2) is compared with the third measurement value, the analysis parameter can be evaluated. The result is reflected in the calculation of the analysis series (4). FIG. 5 shows an update of the predicted calculation value 34 of the analysis sequence {circle around (2)} in FIG. 4 using the predicted calculation value 37 of the analysis sequence {circle around (3)} calculated based on the measurement value at time 4h. is there.
[0050]
According to the volcanic lava flow prediction system of the present embodiment, the lava flow arrival area can be accurately predicted by using the measured value as the initial value of the next analysis series, which has the effect of improving the reliability. .
[0051]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a conceptual diagram of the measured values of the arrival area of the lava flow, and FIG. 7 is a conceptual diagram of the flow velocity distribution of the lava flow. The lava flow calculation method of the volcanic lava flow real-time prediction system is explained.
[0052]
In the first embodiment, when the flow rate of the lava flow is obtained, the volume of the measured lava flow is divided by the elapsed time from the start of the lava flow ejection to the measurement time, and the volume increase per unit time, that is, Volume flow was obtained. This is a method of giving an average flow rate, and it is difficult to reflect the fluctuation of the lava flow in the analysis. The second embodiment is a method for accurately calculating the lava flow rate from the lava flow arrival area measurement values in the same volcanic lava flow real-time prediction system as in the first embodiment.
[0053]
FIG. 6 shows a lava flow 41 ejected from the crater 40 during the Nth measurement and a lava flow 42 during the (N + n) th measurement. The volume of the lava flow 41 is measured at the N-th measurement, and the volume of the lava flow 42 is measured at the (N + n) -th measurement. Here, N and n are arbitrary integers. The volume of the lava flow 41 is subtracted from the volume of the lava flow 42 at this time, and the volume increment between the Nth time and the (N + n) th time is obtained. Further, the time interval between the two measurements is calculated by subtracting the Nth measurement time from the (N + n) th measurement time. By dividing the volume increment by the time interval between the two measurements, the volume increase rate between the two measurements, that is, the volume flow rate between the target times can be accurately obtained.
[0054]
According to this method, since the accuracy of lava flow measurement can be improved, the prediction accuracy of the lava flow arrival area can be further improved.
[0055]
In the case of the measurement method of FIG. 6, at least two or more measurements are required to obtain the volume difference of the lava flow at a plurality of time intervals. Moreover, in order to improve measurement accuracy when the lava flow is small, it is necessary to lengthen the measurement interval.
[0056]
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating another lava flow calculation method. In the method of FIG. 7, the surface of the lava flow 44 is cut into a lava flow surface velocity measurement matrix 43 with a constant interval, and the moving speed of the lava flow surface in each matrix 43 is measured. For the measurement, a laser measuring instrument or an image processing technique is used. The vector of the moving velocity is obtained, and each mesh element surface area of the lava flow surface velocity measuring matrix 43 is multiplied for each vector normal component, and the product is accumulated over the entire matrix. This integrated value is the volume flow rate of the lava flow 44.
[0057]
According to this method, since the lava flow rate can be measured by one measurement, there is an advantage that the lava flow rate can be measured in a short time.
[0058]
In addition to the effects of the first embodiment, the volcanic lava flow real-time transition prediction system according to the second embodiment can accurately measure the flow rate of the lava flow in a short time. As a result, it is possible to further shorten the predicted time for the arrival area of the lava flow, and it is easy to evacuate from the damaged area, thereby improving safety.
[0059]
Next, a real-time volcanic lava flow prediction system according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a configuration diagram of the analysis computer module. FIG. 9 is a conceptual diagram showing a lava flow shape.
[0060]
The analysis computer module 23 includes an initial value setting unit 51, a boundary condition setting unit 52, a heat flow calculation unit 53, a physical property value calculation unit 54, a measured calculation value / analysis predicted value comparison unit 55, an initial value correction unit 56, and a boundary condition correction. The unit 57 is configured.
[0061]
The initial value calculated by the input data generation computer module 22 of FIG. 1 based on the measurement enters the calculation code initial value setting unit 51. Here, initial values are set using physical property values such as density, viscosity, thermal conductivity, and specific heat calculated by the physical property value calculation unit 54. Next, the boundary condition calculated by the input data generation computer module 22 of FIG. 1 based on the measurement enters the boundary condition setting unit 52 and becomes the boundary condition in the repeated calculation of the heat flow calculation unit 53. In the boundary condition setting unit 52 and the heat flow calculation unit 53, the values calculated by the physical property value calculation unit 54 are used as the physical property values such as density, viscosity, thermal conductivity, and specific heat. The calculation result output 60 of the heat flow calculation unit 53 is sent to the data output computer module 24 of FIG.
[0062]
The analytical computer module 23 described above is provided with a measured calculation value / predicted calculation value comparison unit 55 that compares the calculation result output 60 and the measurement result 61. The measured calculated value / predicted calculated value comparison unit 55 compares the measured calculated value and the predicted calculated value with respect to the spread area and thickness of the lava flow, as shown in FIG. In general, the lower the lava flow temperature, the higher the viscosity of the lava flow, the lava flow spreading is suppressed, and the lava flow thickness increases.
[0063]
The measured calculated value / predicted calculated value comparison unit 55 compares the lava flow thickness distribution (expanded area and thickness) based on the measured calculated value with the predicted calculated lava flow thickness distribution (expanded area and thickness). When it is determined that the lava flow spread prediction calculation result 71 is thinner and wider than the lava flow spread measurement calculation result 72, the measured calculation value / predicted calculation value comparison unit 55 sends an initial value correction unit 56 and a boundary condition correction unit 57. A lava flow temperature correction signal 63 is issued to lower the lava flow temperature of the initial value and the boundary condition. Instead of the temperature correction, the physical property value correction signal 62 for increasing the viscosity of the lava flow may be output from the measured calculation value / predicted calculation value comparison unit 55 to the physical property value calculation unit 54.
[0064]
On the other hand, when it is determined that the lava flow spread calculation calculation result 71 has expanded to a narrower area than the lava flow spread measurement calculation result 72, the measured value / predicted calculation value comparison unit 55 and the initial value correction unit 56 and the boundary condition correction are performed. A lava flow temperature correction signal 63 is output to the unit 57 to increase the lava flow temperature of the initial value and boundary conditions. Further, the physical property value correction signal 62 for reducing the viscosity of the lava flow may be output from the measured calculation value / predicted calculation value comparison unit 55 to the physical property value calculation unit 54.
[0065]
According to this method, when predicting the arrival area of the lava flow, it is possible to accurately predict the spreading behavior of the lava flow by correcting the lava flow temperature or physical property value based on the measured calculation value. There is an advantage that the prediction accuracy of the destination area can be further improved.
[0066]
In the volcanic lava flow real-time prediction system of the third embodiment, the arrival area of the lava flow can be predicted with higher accuracy in addition to the effects of the first embodiment.
[0067]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, there exists an effect which can predict the arrival area of a lava flow accurately in a short time at the time of volcanic eruption.
[0068]
In addition, the arrival area of the lava flow can be calculated systematically using the measured values, so that the prediction calculation is highly stable and the damage prediction accuracy can be improved.
[0069]
In addition, the flow and temperature of the lava flow can be accurately calculated from the measured values, and the influence of the lava flow temperature and physical properties can be reflected in the prediction calculation, thereby improving the damage prediction accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a real-time volcanic lava flow prediction system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an analysis sequence according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a predicted calculation result of a lava flow arrival area at time 4h.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a prediction calculation result of a lava flow arrival area at time 7h.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a prediction calculation result of a corrected lava flow arrival area at time 13h.
FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining a lava flow rate measurement principle according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating another lava flow measurement principle according to the second embodiment.
FIG. 8 is a configuration diagram of an analysis computer module of a volcanic lava flow real-time prediction system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a comparison between a lava flow spread calculation value and a measurement value according to the third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Volcano, 2 ... Tinder, 3 ... Lava flow, 4 ... Radio wave reception relay equipment, 5 ... Helicopter, 6 ... Earth observation satellite, 7 ... Residential area, 8 ... Electromagnetic wave for ranging, 9 ... Electromagnetic wave for ranging, 10 ... lava flow observation data, 11 ... lava flow observation data, 12 ... volcanic smoke, 14 ... measurement means, 21 ... analysis means, 22 ... input data generation computer module, 23 ... analysis computer module, 24 ... data output computer module, 25 ... Result display / command input console, 26 ... file system, 27, 28 ... GPS satellite, 30 ... crater, 31 ... topographic map, 32 ... measured value of lava flow arrival area 4 hours after lava flow ejection, 33 ... lava flow ejection Predicted calculation value of the lava flow arrival area after 7 hours, 34 ... Predicted calculation value of the lava flow arrival area after 13 hours of lava flow ejection, 35 ... Predicted calculation value of the lava flow arrival area after 19 hours of lava flow ejection, 36 Measured value of the arrival area of the lava flow 7 hours after the lava flow ejection, 37 ... Predicted calculation value of the arrival area of the lava flow 13 hours after the lava flow ejection, 43 ... Matrix of the lava flow surface velocity measurement, 44 ... Lava flow, 51 ... Initial Value setting unit 52 ... Boundary condition setting unit 53 ... Heat flow calculation unit 54 ... Physical property value calculation unit 55 ... Measured calculation value / predicted calculation value comparison unit 56 ... Initial value correction unit 57 ... Boundary condition correction unit 58 ... initial value, 59 ... boundary condition, 60 ... calculation result output, 61 ... measurement data, 62 ... physical property value correction signal, 63 ... lava flow temperature correction signal, 71 ... lava flow spread prediction calculation result, 72 ... lava flow Spread measurement calculation result, 73 ... Tinder.

Claims (11)

火山噴火時の溶岩流の到達地域を予測する火山溶岩流予測システムにおいて、
空中あるいは地上より、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する計測手段と、
前記溶岩流上面標高分布と地形上標高分布の差から溶岩流厚さ分布を計算し、前記溶岩流厚さ分布と溶岩流の前記到達地域に基づいて溶岩流の体積流量を計算する計算手段と、
前記地形上標高分布を初期値とし、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量または質量流量及び溶岩流温度またはその比エンタルピを境界条件として溶岩流の熱流動を解析し、溶岩流の到達地域を予測する解析手段と、を備えることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In the volcanic lava flow prediction system that predicts the arrival area of the lava flow during volcanic eruptions,
Measuring means to measure the lava flow arrival area, lava flow upper surface elevation distribution and lava flow temperature from the air or above the ground,
A calculation means for calculating a lava flow thickness distribution from a difference between the lava flow upper surface elevation distribution and topographical elevation distribution, and calculating a laminar flow volumetric flow rate based on the lava flow thickness distribution and the arrival area of the lava flow; ,
Analyzing the thermal flow of the lava flow using the terrain altitude distribution as an initial value, the crater position, the volumetric flow rate or mass flow rate of the lava flow and the lava flow temperature or its specific enthalpy as boundary conditions, and the area where the lava flow reaches A volcanic lava flow prediction system, comprising:
請求項1において、
前記解析手段は、溶岩流噴出開始後に既に溶岩流が到達した地域に対して、溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与えることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1,
The said analysis means gives the lava flow thickness distribution and the lava flow temperature as an initial value with respect to the area where the lava flow has already reached after the start of lava flow ejection, The volcanic lava flow prediction system characterized by the above-mentioned.
請求項1または2において、
前記計測手段が溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布と溶岩流温度を計測する度に、前記解析手段は既に溶岩流が到達した地域に対して溶岩流厚さ分布と溶岩流温度を初期値として与え、且つ火口位置と時間変化する噴出溶岩流の体積流量または質量流量と溶岩流温度または比エンタルピを境界条件として与える前記熱流動の解析を逐次再計算し、溶岩流が到達する予測地域を計算の進捗に対応して逐次更新することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1 or 2,
Each time the measurement means measures the lava flow arrival area, lava flow top surface elevation distribution and lava flow temperature, the analysis means initially sets the lava flow thickness distribution and lava flow temperature to the area where the lava flow has already reached. The predicted area where the lava flow will arrive by sequentially recalculating the analysis of the thermal flow given as values and the volume flow or mass flow rate of the erupting lava flow and the lava flow temperature or specific enthalpy as boundary conditions A volcanic lava flow prediction system, which is updated sequentially according to the progress of calculation.
請求項1、2または3において、
前記計算手段は、溶岩流境界の3次元流速分布の測定値と溶岩流境界要素の面積を乗じて前記体積流量を計算することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
The said calculation means is the volcanic lava flow prediction system characterized by calculating the said volume flow volume by multiplying the measured value of the three-dimensional flow velocity distribution of a lava flow boundary, and the area of a lava flow boundary element.
請求項1、2または3において、
前記計算手段は、前記計測手段による最低2回の計測時刻に従い、溶岩流の到達地域と溶岩流上面標高分布を基に算出した2回の計測時刻の溶岩流総体積の差を2回の計測時刻の時間差で除して前記体積流量を求めることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
The calculation means measures the difference between the lava flow total volume at the two measurement times calculated based on the lava flow arrival area and the lava flow upper surface elevation distribution according to the measurement time at least twice by the measurement means. A volcanic lava flow prediction system characterized by obtaining the volume flow rate divided by a time difference.
請求項1、2または3において、
前記解析手段による計算開始後に、前記計算手段が算出した溶岩流の体積流量に比較して、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が過小の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して増加させ、また予測された溶岩流の体積流量が過大の場合に、溶岩流の体積流量を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算して予測することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
After the calculation by the analyzing means is started, the calculation of the volumetric flow rate of the lava flow is started when the volumetric flow rate of the lava flow predicted by the analyzing means is too small compared to the volumetric flow rate of the lava flow calculated by the calculating means. If the estimated lava flow volumetric flow is excessive, decrease the lava flow volumetric flow relative to the value at the start of the calculation and re-establish the area where the lava flow reaches. A volcanic lava flow prediction system characterized by calculation and prediction.
請求項1、2または3において、
前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して減少させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の粘性係数を計算開始時の値に対して増加させて、溶岩流が到達する地域を再計算することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
After the start of calculation by the analysis means, the volume flow of the lava flow predicted by the analysis means is equal to or less than the volume flow of the lava flow calculated by the calculation means, and the lava flow thickness distribution predicted by the analysis means is When the lava flow thickness distribution measured by the measuring means is excessive, the viscosity coefficient of the lava flow is decreased with respect to the value at the start of the calculation, and the volume flow rate of the lava flow predicted by the analyzing means is If the lava flow thickness distribution calculated by the calculating means is greater than or equal to the volumetric flow rate of the lava flow and is less than the lava flow thickness distribution measured by the measuring means, the lava flow A volcanic lava flow prediction system that increases the viscosity coefficient relative to the value at the start of calculation and recalculates the area where the lava flow reaches.
請求項1、2または3において、
前記解析手段による計算開始後に、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以下で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過大の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して増加させ、前記解析手段により予測された溶岩流の体積流量が前記計算手段の算出した溶岩流の体積流量以上で、且つ前記解析手段により予測された溶岩流厚さ分布が前記計測手段の計測した溶岩流厚さ分布に比較して過小の場合に、溶岩流の温度を計算開始時の値に対して減少させて、溶岩流が到達する地域を再計算することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
After the start of calculation by the analysis means, the volume flow of the lava flow predicted by the analysis means is equal to or less than the volume flow of the lava flow calculated by the calculation means, and the lava flow thickness distribution predicted by the analysis means is When the lava flow thickness distribution is too large compared to the measured lava flow thickness distribution, the lava flow temperature is increased with respect to the value at the start of the calculation, and the volume flow rate of the lava flow predicted by the analyzing means is calculated. If the lava flow thickness distribution calculated by the means is greater than or equal to the volumetric flow rate of the lava flow and the lava flow thickness distribution predicted by the analysis means is less than the lava flow thickness distribution measured by the measurement means, the lava flow temperature The volcanic lava flow prediction system is characterized in that the area where the lava flow reaches is recalculated by reducing the value to the value at the start of the calculation.
請求項1、2または3において、
前記計測手段は、航空機または通信衛星あるいは地上より電磁波あるいは光学を用いて溶岩流の到達地域を測定する測距機器を有し、これら測距機器の緯度、経度、高度からなる絶対座標を衛星による位置計測システム(GPS)の電波によって定め、溶岩流の到達地域の境界の緯度、経度を測定することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
The measuring means has a distance measuring device that measures the arrival area of the lava flow using an electromagnetic wave or optics from an aircraft, a communication satellite, or the ground, and the absolute coordinates including the latitude, longitude, and altitude of these distance measuring devices are determined by the satellite. A volcanic lava flow prediction system that is determined by radio waves from a position measurement system (GPS) and measures the latitude and longitude of the boundary of the area where the lava flow reaches.
請求項1、2または3において、
前記地形上標高分布や計測された溶岩流の到達地域、達溶岩流厚さ分布及び温度分布を含む初期値を生成し、火口位置、時間変化する溶岩流の体積流量あるいは質量流量、温度あるいは比エンタルピを含む境界値を生成する入力データ生成計算モジュールと、前記初期値と前記境界条件を入力して溶岩流の到達地域を予測する解析計算モジュールと、予測計算した溶岩流の到達地域を表示する表示手段とを有する計算機を備えることを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 1, 2 or 3,
Generate initial values including the above-mentioned topographical distribution, reach area of the measured lava flow, reached lava flow thickness distribution and temperature distribution, and the crater position, volumetric flow rate or mass flow rate of lava flow, temperature or ratio Input data generation calculation module that generates boundary values including enthalpy, analysis calculation module that predicts the arrival area of the lava flow by inputting the initial value and the boundary condition, and displays the predicted arrival area of the lava flow A volcanic lava flow prediction system comprising a computer having display means.
請求項10において、
前記表示手段は、現在の溶岩流の到達地域と、所定時間後の溶岩流の予想到達地域を比較表示することを特徴とする火山溶岩流予測システム。
In claim 10,
The said display means is a volcanic lava flow prediction system characterized by comparing and displaying the present arrival area of the lava flow and the expected arrival area of the lava flow after a predetermined time.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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