（1）噴火のダイナミクスの解明を目指した実験と理論研究

　マグマ破砕過程を「粘弾性流体の破壊現象」と位置づけ，定量的モデル化に向けた粘弾性構成方程式の構築と数値計算手法の開発を進めた．単純なマクスウェル型の粘弾性を示す光弾性物質を用いた変形・破壊実験を行い，加速を伴う3次元の変形場の中で，流動から破壊へと遷移する様子を，光弾性を利用した弾性歪の可視化を含めて観察した．また，気泡の膨張に伴う流体の破壊と流動挙動について，この粘弾性流体と降伏強度より小さい応力下で弾性を示すジェル状流体の比較を行った．気泡への気体供給速度を増加すると，粘弾性流体は脆性破壊を生じたが，ジェル状流体は流動速度が増加した．また，それぞれの流体の表面で気泡が破裂するときの音波発生の条件について系統的に実験を行い，制約を与えた．上記の流体のレオロジーと，水蒸気噴火の噴出物である火山泥のレオロジーを比較したところ，火山泥はジェル状流体に近い性質を持っていることが分かった．そこで新たに固体粒子と粘性流体からなる懸濁流のレオロジーおよび破砕過程を調べる実験に着手した．
　爆発的な大規模噴火が発生すると，噴出ジェットの反力が「シングルフォース」として地震波を発生し，広域で観測されることがある．このシングルフォースの大きさと噴出率の関係を調べるモデル実験を行い，既存のモデルを修正する必要のあることを示した．

（2）火山噴煙ダイナミクスのシミュレーション研究

　爆発的火山噴火で見られる噴煙柱・火砕流の噴煙ダイナミクスと，火山灰輸送・堆積プロセスの解明を目指し，数値モデルの開発とそれを用いた大規模シミュレーション研究を進めている．火山灰は噴煙によって上空へと運ばれ，噴煙から離脱すると大気風によって広範囲に移流・拡散する．そのため，噴煙の上昇・拡大が火山灰輸送を支配する噴煙ダイナミクスとそれに続く大気風による移流拡散，それらの結合が降灰予測のために解明すべき重要な問題となる．噴煙ダイナミクスの問題に関し，様々な噴出条件と大気条件を与えた３次元噴煙シミュレーションを実施した．条件によって噴煙最高高度・噴煙パターン・傘型噴煙拡大率などが変化する様子を捉え，一般的に用いられている簡易な噴煙１次元モデルと比較した．３次元シミュレーションと１次元モデルでは，噴煙最高高度の噴出率依存性が系統的に異なる様子が確認された．
　火山灰の移流拡散問題に関しては，火山灰トレーサー計算と噴煙ダイナミクス計算をカップリングした数値シミュレーションを実施した．大気の風速が対流圏圏界面で最高速度を持つような現実的な風速プロファイルを与えたシミュレーションを行った．この計算によって，大気中の火山灰粒子分布や地表での堆積物分布の基礎データを取得することができた．また，噴煙ダイナミクスにおける火砕流粒子の影響を評価するため，固体・気体２相流のモデル開発を進め，火口付近で急減圧する領域では含まれる火砕物の粒径と体積分率によって流速が変化することを捉えた．

（3）超巨大噴火に関する研究

　南九州鬼界カルデラの活動履歴や7.3 ka鬼界アカホヤ噴火の推移を解明するための研究を進めている．とくに従来アカホヤ噴火の前駆的活動により形成された可能性が指摘されていた長浜溶岩（流紋岩質溶岩）やそれ以前の活動の実態を明らかにするために，2018年にボーリング掘削を実施した．それにより得られた試料の解析を進めた結果，長浜溶岩は深度11-190 m（水深130 mに相当）に存在し，その直下の深度190-230 mには貝殻を含む粗粒砂質層や複数枚のテフラ層を主体とした海成の地層が存在することがわかった．長浜溶岩直下の砂層に含まれる複数の貝殻の14C年代測定を行ったところ，7000〜8300 calBPの年代値が得られた．これにより，長浜溶岩の活動が鬼界アカホヤ噴火に先行する活動であったことがはじめて地質学的・年代学的に明らかになった．長浜溶岩およびその下位のテフラ層（12-15 ka）とアカホヤ噴火の岩石学的関係，大規模噴火に先行する溶岩流活動の役割など，巨大噴火を起こしたマグマシステムとその進化について研究を進めている．また，アカホヤ噴火前半のプリニー式噴火フェーズの層序の細分化を行うことで，従来よりも詳細な噴火推移と噴出率の変遷が明らかになった．

（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工学系の研究者らと協力し，小型・低消費電力マイクロフォンやMEMSセンサー，高精度気圧計の比較試験，火山地域における長期評価試験，国立極地研究所の低温室における低温耐性試験を行い，必要な改良を進めている．

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メートルサイズの極小規模アレイの開発を行い，さらに，地上２～４m程度の高さに１要素加えることによって，方位角だけでなく仰角の分解能が向上させられることを示した．イタリアのストロンボリ火山，霧島火山硫黄山周辺，富士山において，極小規模アレイの実験を行い，微弱な信号の検出や，複数の音源からの空振シグナルを分離することに成功した．本研究の手法は，噴気地帯や複数の活動的火口を有する火山の監視や観測に役立つものと考えている．

（2）無人ヘリやドローンを活用した火口近傍観測システムの開発と応用

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，2008年から無人ヘリを用いた火口近傍観測システムの開発を進めている．産業用無人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モジュールなどの開発を進めてきた．口之永良部島では2015年4月に火口近傍の4箇所に地震計を設置した．この地震計は2015年5月の噴火で失われたが2015年9月に再度5点を設置した．観測データから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がわかった．また，可視画像・熱映像・電磁気・ガス等の多項目データから，活動の大きな変化も捉えられた．火口に接近して得られたガスの分析により脱ガス時の見かけ平衡温度が推定された．2016年6月には，火口から1.5km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った．また，2009年から2017年にかけて，桜島山頂付近に地震計およびGPS受信機を設置した．桜島山頂の地震計は2021年2月末時点も稼働を続けている．

無人ヘリ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，2018年11月の計７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．プログラムした航路に沿って正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．その後，2019年6月にも実施している．2018年1月 に噴火した草津白根山・本白根山においても無人ヘリによる空中磁気測量を実施し，過去有人機により得られたデータとの比較解析を進めている．
伊豆大島カルデラ内で実施した無人ヘリ空中磁気測量のよる磁化構造推定を行った結果，1986年噴火B火口列下は低磁化であった一方，A火口列を挟んだ北東ー南西の走向に高磁化の領域が検出された．前者は噴出により磁化を失った，あるいは，残留している未噴出物があるとみられる．後者は未噴出マグマが浅部で固化したものと考えられ，これは1986年B火口列噴火と同様式の噴火を将来引き起こす可能性を内在していることを示唆するものであり，今後の活動推移を見極めるための重要な情報となった．

電動モーターを動力源とするいわゆる「ドローン」の性能が近年大幅に向上し，火山観測において活用できるレベルに達しつつある．火山センターではドローンを活用した火山観測も進めている．新燃岳においては，ドローンによる火口内への接近撮影を実施し，西之島においては船上から飛ばしたドローンによる画像撮影と試料採取を実施した．霧島山・硫黄山ではドローンによる繰り返し空中磁気測量の活用実験を開始し，2019年に複数回の測定を実施した．その結果，無人ヘリよりも低廉かつ機動的に観測を実施できることが確認できた．これを受けて，三宅島においてもドローンによる空中磁気測量を実施した．磁化構造推定を行った結果，2000年カルデラ縁のみが極めて弱磁化であることがわかった．これは2000年噴火時にカルデラがその形状を保ったままピストン状に沈降したことで，カルデラ縁のみが磁化を失ったと考えられる．また，磁化の時間変化の検出に成功し，火口縁および南側主火口とスオウ穴火口下が消磁傾向を示していることがわかった．このことは火口縁および火口下のクラックにより熱量が効率的に上方へ輸送されたことを示しており，次期噴火活動もこの弱点を通じて起こる可能性が高いと考えられる．

無人ヘリは広域をカバーする測量に適しているが，経費や機動性にやや問題がある．一方，電動ドローンの飛行性能は年々向上しており，観測対象によっては無人ヘリに置き換える観測手段となり得る．今後は，観測対象に応じて両者を使い分けることになろう．

（3）衛星技術を活用した火山活動の把握

ひまわり8号とJAXAのしきさい（GCOM-C/SGLI）の赤外画像を用いてアジア太平洋域の主要活火山のリアルタイム観測を行うと共に，これを基盤データとし各種高分解能画像・現地観測データ等を組合せ，噴火推移・噴火プロセス解明に関する研究を進めている．この一環として，高頻度観測が可能なひまわり8号の熱異常データを用いた噴出率推定方法の開発を行った．ひまわり8号の1.6-㎛画像での熱異常と噴出率の関係を検討し，両者の間に高い相関関係があり，この回帰式が，Y = 0.47 X（Y：噴出率 10⁶ m³ day^-1 ，X：輝度値 10⁶ W m^-2 sr^-1 m^-1 ）と求められることを示した．この式を用いて，西之島2019-2020年噴火初期の噴出率を推定し，この時の噴出率は2013-2015年西之島噴火における平均噴出率より２-３倍高かったことを明らかにした．一方，しきさいのSGLI画像は分解能が250 mと比較的高く，溶岩流の拡大や火砕流の発生等，噴火状況の変化を高頻度で捉えることができる．このSGLI画像により，カムチャッカ半島に位置するシベルチ火山の2019年噴火の観測を行い，溶岩ドームの成長率が低い状態から急上昇する時，火砕流が発生していることを見出した．また，ジャワ島東端部にあるイジェン火山の火口湖の観測を行い，2019年5月中旬から6月にかけて湖水温が最高38℃まで上昇し，火山下のマグマあるいは熱水活動が活発化した可能性を示した．

Sentinel-5 Precursor搭載のTROPOMIを用いたSO₂放出率の推定手法の開発を行った．この衛星は極軌道を周回しており，1日1回程度の頻度で大気中のSO₂鉛直カラム量分布のデータが提供されている．このデータに，気象モデルの風向風速の解析値から推定される噴煙の輸送距離・輸送時間を合わせることで，放出率を推定するプログラムを開発した．この手法を，福徳岡ノ場2021年噴火や西之島の2021年噴火以降の活動に適用し，活動状況の把握を試みた．福徳岡ノ場2021年噴火では，初期の継続した噴煙活動のフェーズとその後のスルツェイ式噴火のフェーズで，SO₂放出率は10,000 ton/day以上，最大75,000 ton/day程度だったものが，1,000 ton/day以下に急激に減少していく変動を把握した．西之島では2021年8月以降，検出限界（100 ton/day）以下から1,000 ton/day程度の値で増減を繰り返しながら推移していたが，2022年7月下旬より徐々に増加し，9月には3,000–5,000 ton/day程度に達した．10月の噴火時には，日平均で最大16,000 ton/day程度の値を記録した．噴火終了後も11月までは2,000 ton/day程度の値を維持している．今後，この手法を自動化し，上記アジア太平洋域のリアルタイム観測システムに組み込むことを行う．