[U-09] 気象津波の発生を伴ったトンガ海底火山噴火

[U09-P11] 日本付近の対流圏風況場がフンガートンガ・フンガーハアパイ火山噴火で発生した気象津波の共鳴効果に与える影響

*田中 健路¹ (1.広島工業大学)

キーワード：気象津波、気圧波、寒帯前線ジェット、視線速度、プラウドマン共鳴

2022年1月15日4時15分頃に発生したフンガートンガ・フンガーハアパイ火山の噴火に伴い、ラム波や後続の音波・重力波が全球大気中に伝播した。一連の大気波動に伴う海面気圧偏差の移動と共に、周期数分～数10分の津波周期帯を有する海洋長波（気象津波）が発生し、太平洋のみならず大西洋や地中海、ペルシャ湾など世界中の海岸で数10cm～2mの波高を持つ海面昇降が観測された。日本沿岸においても、当初の津波到達予想時刻より２時間以上早く第１波を観測し、局地的に1mを超える最大波高を観測した。気象津波が港湾内に達する間に、プラウドマン共鳴をはじめとする種々の増幅効果を受ける。このうち、日本近海におけるプラウドマン共鳴効果に着目してデータ解析並びに数値シミュレーションを行った。
気象庁およびウェザーニューズの地上気圧観測から周期2～120分のバンドパスフィルタを適用して気圧波の波形を抽出し、ゼロアップクロス法により第１波の立ち上がり時刻を求めた。その結果と、火山からの距離と噴火からの経過時間を用いて、ラム波の平均速度を求めると、南鳥島では約320m/s、それ以外では305～315m/sとなり、典型的なラム波の伝播速度の範囲にある。しかしながら、火山を中心とした南鳥島を通過する同心円上からの伝播速度を解析すると、280～300m/sとなり、日本付近の太平洋上で対地速度が減速する結果が得られた。ひまわり8号の水蒸気チャンネル(Band-8, 9, 10)の輝度温度の時間2階微分を算出し、日本付近の大気波動の可視化した結果、日本の南の太平洋上での波面の平均伝播速度が290～300m/s程度であり、地上観測による推定速度に近い値となった。日本付近の大気波動の対地速度の減速の原因として、寒帯前線ジェット気流が日本周辺域で北緯30度付近まで南下したことが挙げられる。これによって、日本周辺の太平洋上で火口からの負の視線速度成分が30～50m/sに達した。
以上の解析結果を踏まえ、風況場による大気波動のドップラー効果を考慮に入れた気象津波の発達シミュレーションを行い、日本近海のNOAAによるブイ観測（東北沖・四国南方沖）の比較を行った。気圧波の波形は火口から770kmに位置するフィジーの気圧観測データを規格化したモデルを使用した。伝播速度310m/sの一様な気圧波の伝播を仮定した計算では、海面変動が実測値に対して50～60%程度の振幅規模にとどまった。一方、火口からの距離 6400～8000kmの間にジェットに伴う減速域を与えると、四国沖の観測点で無風条件と比べて約1.3～1.5倍，東北沖の観測点では無風条件と比べて約2.5~3.0倍の振幅が増大する結果となった。ラム波などの対地速度と海洋長波の伝播速度の比でフルード数(Fr)を与えた時に、Fr < 1.2 を満たす海域が日本海溝・小笠原海溝の東側を中心に広範囲に分布するようになる。
以上の結果から、火山噴火の発生に伴って生じる空気振動が気象津波を引き起こす際に，対流圏中上層の風の場によって、プラウドマン共鳴による増幅の可能性が大きく変わる。これが、最終的に港湾に達する波高を左右する重要な要因の一つであることが示唆される。従って、空振の強度や周波数に加えて到達海域周辺の季節規模の卓越風場も気象津波の予測に必要な要素として汲み入れる必要がある。