[M-TT38] 極端現象のマルチセンシング

[MTT38-P07] PPI観測を付加した桜島噴煙の機動的観測

*西 隆昭¹、眞木 雅之¹、中道 治久¹、海賀 和彦²、藤吉 康志³ (1.京都大学、2.光電製作所、3.北海道大学)

キーワード：桜島の機動的噴煙観測、船舶レーダ、PPI

はじめに
　火山の一般的な噴煙観察は3次元の気象レーダで実施され、ペンシルビームが使われる．気象レーダはらせん状に観測すると5分から10分程度の観測時間がかかるが，船舶レーダはファンビームが１回転を2.5秒の高速で観測できるので気象レーダに比べて短い周期で噴煙の動きを観測することが期待できる．また，船舶レーダは重量が20kg程度と軽く堅牢であるので，機動的観測に適している．2018年から桜島の噴煙の観測を始め，主に桜島観測所（SVO：Sakurajima volcano observatory）と黒神でRHI(Range Height Indicator)観測を継続してきた．
　RHI観測では噴煙の鉛直方向を詳細に測定できるが，水平の移動方向はとらえにくいので，PPI(Plan Position Indicator)観測を黒神にPPI観測を追加することで，噴煙の水平移動を把握できるか調査し，噴煙が水平移動する記録を得た．
実験方法
　既に設置している桜島の西側のSVOと東側の黒神に船舶レーダで南岳をRHI観測している．2024年5月14日に黒神へPPI観測を加えて，噴煙の水平移動を観測した.
　PPI観測では水平から上でビーム角が11°となり南岳山頂(13°)に届かないのでアンテナに迎角を加える治具で25°にしてビーム幅(-3dB)は水平から36°～14°となり南岳上空を観測できるようになった．
　船舶レーダの使用周波数帯域はX-バンドで，水平ビーム幅1.2°，垂直ビーム幅22°長さ195cm(6ft）のアンテナを使用し，黒神のPPI用レーダは固体化レーダ，RHI用レーダはマグネトロンレーダである．そして，SVOの船舶用レーダは固体化レーダでRHI観測である．
結果
　黒神に設置したPPIレーダの映像は中心が黒神で上側に桜島の山腹が映り，山腹の左側に南岳噴火口が影となっている．仰角0°では上方向ビーム幅11°であるから，山頂の13°より低くなり映像の強度が強い．そこで，アンテナの仰角を25°上げて上下方向ビーム幅を14°～36°にした．
仰角0°と25°では山腹の映像面積が仰角25°のほうが小さくなっている．黒神から南岳の経路で信号強度の強い部分を読むと平均で仰角25°は0°より7.7dB～3.9dB（標準偏差2.0～3.4）低いので噴煙を良く観測できることが期待される．

観測期間の2024年5月14日から7月23日で2000m以上の噴火が３回あり，最もPPI観測が効果を現したのが2024/7/14 18:19の噴火であった．

PPI観測結果では噴火直後に噴火口にエコーがあり，その後NE方向に噴煙が流れており黒神の北を通り噴火口から8km付近まで噴煙が流れていた．
まとめ
　　船舶レーダで噴煙鉛直方向の変化を観察するためにSVOと黒神に船舶レーダを設置してRHI観測してきた．RHI観測では分からない噴煙の流向を求めるためにPPI観測を加えることを検討した．黒神から南岳までと相当の4kmの距離ではRHIとPPIの水平面ビームはRHIの22°は1536mPPIの1.2°は84mとなりPPIの分解能が良く，噴煙の流れる方向をとらえることができた．PPIの仰角を0°から25°にするとgrand clutterが低減する効果が確認された．
謝辞
本研究は文科省「次世代火山研究・人材育成総合プロジェクト（課題22K03760）」と京大防災研究所一般共同研究「極端現象のレーダマルチセンシング研究」の助成を受けた．