海洋表層ドリフターの大規模展開による沿岸流動場の把握

• Project/Area Number: 21K14357
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小平 翼 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (60795459)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: 海洋表層ドリフター / 海流 / 波浪 / 海洋IoT

Outline of Research at the Start

海難事故による原油流出や震災時における瓦礫流出・放射性物質等の海洋汚染を検討する上で沿岸域の海洋表層付近の流れを把握することは非常に重要である。本研究では任意の海域の表層流をオンデマンドに把握することを目的として、海洋表層ドリフターの大規模展開による沿岸流動場の把握手法を検討する。ドリフターの大規模展開の実現には昨今のセンサの小型化・低コスト化・高機能化の潮流を活用し、従来に比べ小型で可搬性が高いドリフターを開発する。また、開発した機器を特定海域に多数展開しラグランジュ解析を実施し、沿岸域に特徴的なマルチスケールな流れの把握手法を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの技術的な課題を対応し、JAMSTEC 地球海洋観測船「みらい」２０２３年北極航海において開発した小型海洋表層ドリフターをカナダ海盆上の氷縁近傍に計7つ集中展開した。展開は5マイルずつ直線的に離れた3点から行われ、中央の点からは200m間隔で5つのドリフターが集中展開された。展開後のドリフターの軌跡から直径30km を超える海洋中規模渦の存在が確認できた。また、集中して展開された 5 つのドリフターは、同渦に捕捉される形で展開3日後から10日後まで漂流を続けた。渦に捕捉されている間の相対位置の時間発展を確認すると渦度に相当する変形ならびに発散に相当すると考えられる変形が確認でき、サブメゾスケール渦と呼ばれる海洋小規模渦によって乱流拡散の様相を示していることが確認できた。すなわち、ドリフターの集中展開により、メソスケール渦並びにサブメゾスケール渦双方に関する情報を持つデータセットを取得することに成功した。また、ドリフターの軌跡は海面高度計観測結果に基づくの力学的海面高度の等値線とよい一致を示しており、北極海でも比較的大きなスケールの流れは海面高度計を用いて推定できることを示唆する結果を得た。本研究では任意の海域の表層流をオンデマンドに把握することを目的として、海洋表層ドリフターの大規模展開による海洋流動場の把握手法を検討した。最終年度は特定海域として西部北極海を選び、展開を実施することで海洋表層ドリフターの大規模展開の有用性を示すデータを得ることができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] AWI(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Met Norway(ノルウェー)
• [Journal Article] An affordable and customizable wave buoy for the study of wave-ice interactions: design concept and results from field deployments (2023)
  • Author(s): Kodaira Tsubasa、Katsuno Tomotaka、Nose Takehiko、Itoh Motoyo、Rabault Jean、Hoppmann Mario、Kimizuka Masafumi、Waseda Takuji
  • Journal Title: Coastal Engineering Journal Volume: 66 Issue: 1 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1080/21664250.2023.2249243
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of wave propagation over 1,000 km into Antarctica winter pack ice (2023)
  • Author(s): Nose Takehiko、Katsuno Tomotaka、Waseda Takuji、Ushio Shuki、Rabault Jean、Kodaira Tsubasa、Voermans Joey
  • Journal Title: Coastal Engineering Journal Volume: - Issue: 1 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1080/21664250.2023.2283243
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A dataset of direct observations of sea ice drift and waves in ice (2023)
  • Author(s): Rabault J., Mueller M., Voermans J., Brazhnikov D.,Turnbull I.,Marchenko A.,Biuw M.、Nose T., Waseda T.,Johansson M.、Breivik O.、Sutherland G.、Hole L. R.、Johnson M.、Jensen A.、Gundersen O.、Kristoffersen Y.、Babanin A.、Tedesco P.、Christensen K. H.、Kristiansen M.、Hope G.、Kodaira T.、at al.
  • Journal Title: Scientific Data Volume: 10 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/s41597-023-02160-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A comparison of an operational wave-ice model product and drifting wave buoy observation in the central Arctic Ocean: investigating the effect of sea-ice forcing in thin ice cover (2023)
  • Author(s): Nose Takehiko、Rabault Jean、Waseda Takuji、Kodaira Tsubasa、Fujiwara Yasushi、Katsuno Tomotaka、Kanna Naoya、Tateyama Kazutaka、Voermans Joey、Alekseeva Tatiana
  • Journal Title: Polar Research Volume: 42
  • DOI: 10.33265/polar.v42.8874
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A comparison of an operational wave-ice model product and drifting wave buoy observation in the central Arctic Ocean: investigating the effect of sea ice forcing in thin ice cover (2023)
  • Author(s): Nose T., Rabault J., Waseda T., Kodaira T., Fujiwara Y., Katsuno T., Kanna N., Tateyama K., Voermans J., and Aleekseva T.
  • Journal Title: Polar Research Volume: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Development of MEMS IMU based and solar powered wave buoy FZ (2022)
  • Author(s): Kodaira Tsubasa、Katsuno Tomotaka、Fujiwara Yasushi、Nose Takehiko、Rabault Jean、Voermans Joey、Kimizuka Masafumi、Inoue Jun、Toyota Takenobu、Waseda Takuji
  • Journal Title: OCEANS 2022, Hampton Roads Volume: - Pages: 1-6
  • DOI: 10.1109/oceans47191.2022.9977128
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] OpenMetBuoy-V2021: an easy-to-build, affordable, customizable, open source instrument for oceanographic measurements of drift and waves in sea ice and the open ocean (2022)
  • Author(s): Rabault, J., T. Nose, G. Hope, M. Muller, O. Breivik, J. Voermans, L. R. Hole, P. Bohlinger, T. Waseda, T. Kodaira, T. Katsuno, M. Johnson, G. Sutherland, M. Johanson, K. H. Christensen, A. Garbo, A. Jensen, O. Gundersen, A. Marchenko, A. Babanin
  • Journal Title: Geosciences Volume: 12 Issue: 3 Pages: 0-0
  • DOI: 10.3390/geosciences12030110
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation and model estimation of ocean wind wave development under the off-ice wind conditions in the Arctic Ocean (2024)
  • Author(s): Katsuno, T., Nose, T., Kodaira, T., Waseda, T.
  • Organizer: The 39th International Symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Direct observation of submesoscale and mesoscale eddies by ocean surface drifters near the sea ice edge in the Canada Basin, Arctic Ocean (2024)
  • Author(s): Kodaira, T., Waseda, T., Katsuno, T., Kimizuka, M., Fujiwara, Y., Nose, T., Kawaguchi, Y., Fujiwara, A.
  • Organizer: The 39th International Symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans, Mombetsu. (
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deformation of fast-ice prior to the 2023 ice breakup event in the Lutzow-Holm Bay. (2024)
  • Author(s): Waseda, T., Tateyama, K., Uchiyama, R., Nose, T., Kodaira, T., Katsuno, T., Tamura, T., Toyota, T., Rabault, J., Hoppmann, M., Shimizu, D.
  • Organizer: The 39th International Symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans, Mombetsu. (
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of IMU-based wave buoy for wave observations in the high latitudes (2023)
  • Author(s): Kodaira, T., Katsuno, T., Nose, T., Itoh, M., Rabault, J., Hoppmann, M., Waseda, T.,
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2023
• [Presentation] Development of IMU-based wave buoy FZ and deployments as wave buoy array over the Beaufort Sea. (2023)
  • Author(s): Kodaira, T., Katsuno, T., Nose, T., Itoh, M., Rabault, J., Hoppmann, M., Waseda, T.
  • Organizer: 日本船舶海洋工学会春季 講演会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of ocean wind wave development by multiple drifting wave buoys under the off-ice condition in the Beaufort Sea (2023)
  • Author(s): Katsuno, T., Kodaira, T., Nose, T., Uchiyama, R., Waseda, T.
  • Organizer: he 37th International symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ocean wave observation by multiple drifting buoys in Beaufort Sea of the Arctic Ocean (2023)
  • Author(s): Katsuno, T., Kodaira, T., Nose, T., Uchiyama, R., Waseda, T.
  • Organizer: The 13th Symposium on Polar Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of MEMS IMU based and solar powered wave buoy FZ (2022)
  • Author(s): Kodaira, T., Katsuno, T., Fujiwara, Y., Nose, T., Rabault, N., Voermans, J., Kimizuka, M., Inoue, J., Toyoda, T., and Waseda, T.
  • Organizer: OCEANS 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 小型海洋ドリフター及び小型波浪観測ブイ開発の試み (2021)
  • Author(s): 小平 翼・麻埼 和大・勝野 智嵩・野瀬 毅彦・藤原 泰・内山 亮介・Jean Rabault ・ Joey Voermans・早稲田卓爾
  • Organizer: 海洋調査技術学会 第３３回研究成果発表
• [Presentation] MEMSセンサを用いた波浪計測機器開発の試み (2021)
  • Author(s): 小平翼, 麻崎和大, 勝野智嵩, 野瀬毅彦, 藤原泰, 内山亮介, Jean Rabault, Joey Voermans, 早稲田 卓爾
  • Organizer: 令和3年 日本船舶海洋工学会 秋季講演会