[S-VC35] 次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト

[SVC35-P02] 非冷却マルチバンド赤外カメラ : SPIC-UC/4VGAによる阿蘇中岳の噴煙中の二酸化硫黄ガス濃度分布のイメージング

*實渕 哲也¹ (1.防災科学技術研究所)

キーワード：非冷却型赤外カメラ、二酸化硫黄ガス、火山観測、赤外リモートセンシング

火山から放出されるSO₂ガス量を測定することは，火山の短期的な活動を予測するのに有効である．その為の観測手法として，我々は，「次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト 次世代火山研究推進事業 課題Ｂ：先端的な火山観測技術の開発（リモートセンシングを活用した火山観測技術の開発）B2の2：火山表面現象遠隔観測技術の開発」の下で，SO₂ガスをリモートセンシングするためのイメージングシステムを開発中である．このプロジェクトでは，非冷却赤外線カメラを搭載した表面現象イメージングカメラ（SPIC-UC）と呼ばれる新しい観測装置の開発を計画している．本報告では，SPICのプロトタイプの一つであるマルチバンド非冷却型赤外線カメラ；SPIC-Uncooled /4VGA（SPIC-UC/4VGA）の概要と，このカメラによる阿蘇火山の火山噴煙の試験観測結果を報告する．
SPIC-UC/4VGAは，内蔵型光学フィルタを備えた4台の非冷却赤外線カメラ（カメラ1，カメラ2，カメラ3，カメラ4）で構成される．これらのカメラはすべて，焦点面アレイ（FPA）タイプのアモルファスシリコンマイクロボロメータエレメントを採用している．カメラ1は7500－14000 nmの領域を測定し，カメラ2は9000－14000 nmの領域を測定し，カメラ3はSO₂吸収帯に一致する7950－9300 nmの領域を測定し，カメラ4はSO₂吸収のない11785－12785nmの領域を測定する．これらの4台のカメラは，30fpsでフレーム同期データを取得できる．また，SPIC-UC/4VGAは，屋外での使用を考慮し耐環境型として実現されている．これまでに完了した基本性能評価試験の結果，すべてのカメラが±2K以内の絶対温度精度を達成できることがわかった．また，SO₂検出用のカメラ3は約0.39KのNETDを達成できた．
本装置の機能を実証するため，2021年11月27日にSPIC-UC/4VGAを用いた火山実験観測（阿蘇中岳火山噴煙観測）を実施した．観測は，阿蘇中岳火口から西に3.15kmに位置する草千里展望所から行った．取得した画像の評価として，噴煙の観測形状，大気条件，SO₂濃度（0〜50ppmv）を考慮し，各カメラについて放射伝達解析コードMODTRAN4.0による放射伝達シミュレーションを実施した．その結果，計測された輝度温度分布は，SO₂ガスの発光を捉えた結果であり，その濃度は0～15ppmv，日量2000～3000tonsと推定された．この値は，同時期の気象庁のSO₂観測値（紫外線計測）の観測値（1800～3000tons/day）と良い一致を示した．
これらの結果より，SPIC-UC/4VGAは火山噴煙中のSO₂ガス濃度分の計測装置として使用できるといえる．今後は，観測事例を増やすとともにオンサイト校正手法の改善等により観測精度を高める予定である．