(1) 火山の空振モニタリング手法の開発
火山噴火に伴う空振の波形や振幅を正確に計測するため，新しい空振計を開発している企業や大気振動の研究者らと協力し，小型・低消費電力マイクロフォンや，高精度気圧計の比較試験および火山地域における長期評価試験を行い，必要な改良を進めた． また，2015年にフィレンツェ大学と共同で行った，桜島火山近傍での長期空振アレイ観測データを解析し，アレイ観測でしか捉える事の出来ない噴火と噴火の間の微弱な空振活動の有無や推移を明らかにした．より効率のよい空振アレイ観測の方法として，従来のアレイ観測よりも一桁空間スケールの小さい，10メートルサイズの3要素アレイの開発を行い，10度以下の精度で音源方向が推定できることを示した．空振計が1台しか設置されていない状況で発生した2015年箱根山大涌谷噴火に対し，地震―空振相関法を用いてデータから信号を抽出し，浅部の膨張と同時に空振を伴う表面現象が開始したことを示した．
(2) 無人ヘリを活用した火口近傍観測システムの開発
活動的な火山において，観測者を危険にさらすことなく火口周辺での様々な観測を実施することを目的として，無人ヘリ火口近傍観測システムの開発を進めた．汎用の無線ラジコンヘリを火山観測に利用するため，様々な火山での飛行実績を積むとともに，観測に必要な様々な周辺機器，静止画・動画撮影用の機器を搭載するための専用雲台，地震計やGPS観測装置をヘリから降下設置するウインチ，無人ヘリ設置用の地震計モジュール，GPSモジュールなどを開発した．口之永良部島では2014年の噴火により山頂付近の観測点が全滅したため，2015年4月に無人ヘリにより火口近傍の4箇所に地震計を設置して活動の把握に努めた．その結果，2015年5月29日の噴火に先行して火口近傍で地震が急増していたこと，単色地震も増加していたことなどが明らかになった．2017年12月の時点でも2観測点による観測を継続している。2016年6月には，火口から1.5 km内が警戒範囲となっている西之島において，気象庁と共同で無人ヘリ(船上より離発着および制御）により活動・噴出物の観察および岩石試料の採取を行い，2017年度にかけて解析を進めている．2017年10月には，桜島山頂付近に地震計およびGPS受信機を設置した．
無人ヘリコプターによる空中磁気測量も精力的に行っている．2011年霧島新燃岳噴火後の山体の帯磁状態の変化を把握するため，2011年5月，11月，2013年11月，2014年10月，2015年11月，2017年11月の計6回，新燃岳およびその西側，およそ3㎞四方の領域において，繰り返し空中磁気測量を実施した．測線間隔および対地高度はおおよそ100mで一定として測定フライトを実施した．このようにプログラムした航路を精確に測定飛行できることは繰り返し測量にとって大きな利点である．解析の結果，新燃岳火口内の溶岩は平均として4.0 A/m帯磁したと想定すると観測された全磁力データをよく説明することが判り，火口に蓄積された溶岩が熱拡散過程で順調に冷却している様子を明確にとらえることに成功した．また，三宅島においては，今後の火山活動を把握するための基礎資料とするために無人ヘリを用いた詳細な空中磁気測量を2014年5月と2016年11月に実施し，2017年度に解析を進めた結果，山体北側で負，南側で正の変化を検出した．
(3) 噴火のダイナミクスの解明を目指したモデル実験
爆発的な噴火の重要な素過程であるマグマ破砕のメカニズムを明らかにするための研究に取り組んでいる．マグマを模擬する発泡水あめに急減圧を与えて破砕を引き起こす実験を、大型放射光施設(SPring-8)において行い，内部の気泡構造と破砕挙動の関係を調べた，その結果，大きな気泡の近くに小気泡が存在する場合，減圧を受けた際に応力が集中し，そこから破砕が発生することを示した．そして，火道を上昇するマグマの中では，浅部での急減圧によって二次発泡がまず発生し，それが脆性破砕を誘発するという新しい描像を提案した．また，カルデラ噴火の際に噴出する発泡マグマに特有な構造として知られている，一様に伸長した気泡構造の成因と噴火ダイナミクスを明らかにするため，ポリウレタンフォームを模擬物質として用いた変形・硬化実験を行い，同様の構造を再現することに成功した．
(4) 衛星技術を活用した火山活動の把握
2009年よりJAXAと共同でGCOM-C1衛星のSGLI画像を利用した火山観測システムの開発に取り組んで来た．SGLIの高い分解能により，溶岩ドームの成長に伴って発生する火砕流の拡大過程等，噴火の細かな状況をリアルタイムで捉えることを目的の一つとしたが，衛星の打上げが2017年12月に完了し，翌年1月に得られたメラピ火山の噴火画像で，実際に溶岩流・火砕流の分布域を識別できることを確認することができた．また，2014年に打上げられたひまわり8号画像を用いたリアルタイム火山観測システムを開発し，改良と試験運用に取組んだ．本年度のひまわり8号による試行観測において，アジア太平洋域では，西之島，シナブン，マナム等の10を超える火山で比較的大きな活動が見られた．この中で，短時間スケール（24時間）の熱異常の時間変化において，ストロンボリ式溶岩噴泉を伴う噴出的噴火はほぼ一定に近い値を示す一方，溶岩ドームや厚い溶岩の噴出を主体とする活動では溶岩ドームの一部崩壊を反映すると思われる非対称の急増－緩減パターンがしばしば見られること等が判った．このような特徴的パターンは噴火状況の推定手段としても重要と考えられる．この他，西之島2017年噴火活動を取り挙げ，ランドサットの高分解能赤外画像，プレアデス画像等と組み合わせた検討を行い，噴火推移の概要を明らかにした．
(5) 西之島における噴火活動の把握
小笠原諸島の西之島は，2013年11月に海底噴火を開始し，2015年11月頃までに噴出した溶岩は旧島の大半を覆い面積で2.7㎞2，噴出量は1.6㎞3に達した．その後活動がいったん低下し，2016年10月には上陸調査を実施する機会を得た．しかし，2017年4月から再度活発化し，溶岩流により面積が更に拡大した．火山センターでは関係者と協力しつつ，様々な手法で西之島の観測・解析を実施している．2016年10月の上陸調査の際に設置した島内の地震･空振観測点は，噴火開始1日前から火道内部のマグマ上昇を示すと考えられる低周波地震や傾斜変動を捉えることに成功したが，4月21日以降，観測点が溶岩流に覆われてしまった．2017年6月には海底地震計，海底電位磁力計の回収を行い，地質学と地球物理学の両面から火山島成長のプロセスを明らかにしつつある．
遠隔調査： 2013年11月の再噴火以降，西之島の火山島成長のプロセスを衛星画像に基づいて把握し，溶岩噴出率の推移等を明らかにしている．2017年4月の活動再開も衛星画像解析により早い段階で把握することができた．2016年6月の観測では気象庁の啓風丸に乗船し，火口から1.5㎞の範囲に設定された規制区域の外から無人ヘリコプターによる観測を実施した．４Kカメラによる島内の撮影を行い，溶岩流の形態的特徴を詳細に捉えるとともに，島内中央付近に成長したスコリア丘の内部及び表面に発達した亀裂構造を観察した．また，スコリア丘の麓において溶岩組成分析を目的としたスコリアのサンプリングを実施した．2017年度はこれらのデータ解析やサンプルの組成分析を進めた．さらに，他の部門･センターとの共同で，西之島周辺海域に海底地震計を設置して，噴火活動に伴う振動を連続的に観測することに成功し，2015年から2017年にかけての西之島の噴火活動の推移を連続的に把握した．
西之島から130km離れた父島に設置した空振計と気象庁の地震計のデータを用い，相互相関解析から，西之島の噴火に伴う空振活動の把握を行った．また，波の力だけを用いて海上を移動する無人ボート，ウェーブグライダーを用いた海上インフラサウンド計測システムを開発し，実用試験を行った．父島近海から放流し，西之島まで航行，西之島を中心とする半径5kmの周回軌道を5周して父島近海に帰還するまでの10日間，空振および水中ハイドロフォンのデータを収録し，一部を衛星通信によって送信を続けた．試験の結果，システムが実用レベルに到達したことを確認した．
上陸調査： 2015年秋以降の活動低下を受けて，2016年10月16日から25日にかけて西之島の火山活動と生物相の調査を実施した．本調査では，生態系は世界自然遺産に指定されている西之島への外来種持ち込みのリスクを最小限に抑えるために，地球科学と生態系の研究者が相互に協力して上陸調査を実施した．調査内容は，西之島に上陸しての地質調査および火山噴出物の採取，地震・空振観測点の設置，噴火後の海鳥営巣状況の把握と，西之島周辺海域での海底地震計，海底電位磁力計の設置・回収とウェーブグライダーを用いた離島モニタリングシステムの試験であり，予定した調査をほぼ計画通りに実施できた．上陸調査では西海岸に上陸して，2014年3月から2015年11月頃までに噴出した溶岩・噴石及び旧島の溶岩を採取した．これらの噴出物について，XRFによる全岩化学組成分析を行った結果，全ての試料についてSiO2含有量59.5-59.9wt%の安山岩組成であり，1973-1974年噴出物と旧島溶岩との中間的な組成であること，及び今回の溶岩は化学組成が狭い範囲に集中し，時間経過とともSiO2含有量がやや低下した可能性があることがわかった[図3.6.5]．
(6) 海外の火山における噴火活動の研究
2010年に有史初めての噴火を開始したインドネシアのシナブン火山において，SATREPSプロジェクト（インドネシアにおける地震火山の総防災策）として，インドネシア・火山地質災害軽減センターと共同で現地調査を実施し，地質図を作るとともに，将来の噴火に備えたイベントツリーを作成した．また，2013年からは，ケルート，メラピを含む活動的6火山を対象に，火山地質災害軽減センターと共同研究を新たなSATREPSプロジェクト（火山噴出物の放出に伴う災害の軽減に関する総合研究）として開始した．その間，インドネシアで進行中の火山噴火についての活動評価を分担している．2013年に活発化したシナブン火山において，溶岩流/ドームの成長をレーザー距離計による計測や衛星写真からの図化により地形変化を解析し，噴出率が時間とともに指数関数的に減衰したことを明らかにした．また，火山灰や火砕流堆積物中の溶岩試料の化学分析を継続して実施し，マグマ組成がほとんど変化せず，噴出率の低下により結晶度が増していることを示した．2015年からは噴出率が低下しているにもかかわらずブルカノ式噴火が繰り返して起こり2年以上継続した．これは山頂が地形的に不安定のために溶岩ドームが崩れ続けて大きくなれず，火口上の溶岩の荷重圧を稼ぐことができずに，ダラダラと溶岩供給が続き，火道上部では，マグマからの脱ガスが不完全なために爆発が継続していると解釈した．2014年2月13日にプリニー式噴火を起こしたケルート火山において現地調査を実施し，噴出量や噴火の推移を明らかにした．そこでは，プリニー式噴火に先行して，先の噴火でできた溶岩ドームを噴き飛ばす爆発的な噴火によって火砕サージが発生したこと，プリニー式噴火の噴煙柱が崩壊して火砕流が火口から周囲に発生したことなどを明らかにした．
1980年代に災害を伴う噴火を発生したコロンビア共和国のネバドデルルイス火山およびガレラス火山を対象とする，SATREPSプロジェクト（コロンビアにおける地震・津波・火山災害の軽減技術に関する研究開発）の一環として，火山の表面活動を監視するシステムの開発を分担している．対象の2火山を含む，中南米地域の活動的な火山の熱活動を，衛星赤外画像から監視するシステムを開発し，現在活動を続けているネバドデルルイス火山における熱異常を捉えると共に，この地域での雲活動の変化のデータへの影響を評価した．また，ネバドデルルイス火山に新たに整備した空振観測網のデータを用いて，微弱な噴火に伴う空振の自動検出を試み，目視等による現地情報と矛盾しない結果が得られた．
(7) 大規模噴火に関する研究
南九州鬼界カルデラにおける7.3 ka噴火（アカホヤ噴火）およびその前後の活動履歴を明らかにするための地質学的・物質科学的解析を行った．アカホヤ噴火のステージ1（プリニー式噴火）とステージ2（大規模火砕流）の間に存在する時間間隙を示唆する地質痕跡の調査，解析を進めるとともに，ステージ1末期の堆積物について，溶結構造や構成物データと，溶結現象の理論モデルを用いて，高温で定置した堆積物が自重により変形し，十分冷却して層厚や堆積構造（溶結度）が決まるまでのプロセスを推定する手法を開発した．さらに，モデルをステージ1-2間の時間スケール推定に応用した．一方，ステージ2堆積物については，礫質及び軽石質堆積物の互層からなる複数の堆積ユニットに区分でき，最上位の軽石質層が最も厚いことがわかった．このことから，クライマックスでは単に1回の大規模火砕流が発生したわけではなく，段階的に火道の形成・拡大が進行し，その中で最大のものが鹿児島本土など遠方まで到達したと考えられる．さらに，薩摩硫黄島西部カルデラ壁付近において北大と共同で実施したボーリング掘削（H27-28年度）の解析を進めた結果，アカホヤ噴火以降にこれまで知られていなかった玄武岩および安山岩マグマの活動があったことがわかった．とくに一部の溶岩は高MgO値のBoninite質であり，カルデラ形成以降のマグマ進化を解明する上で重要な成果が得られた．