2018 Fiscal Year Annual Research Report
Real-time monitoring of suspended solids type and concentration with ADCP for seafloor massive sulfide deposits development
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16K06912
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
新井 励 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60508381)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ADCP / 濁度 / 懸濁物質 / 熱水鉱床 / 動物プランクトン / 植物プランクトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、超音波流速計(ADCP)による熱水鉱床の探査および開発時に発生する異なる懸濁物質濃度および種類の非接触計測である。日本周辺海域には海洋資源となりうる新たな海底熱水鉱床の存在が予想される。また、熱水鉱床周辺海域には熱水由来の特異な化学合成生態系が存在し、これら熱水鉱床の開発を実施するに際し、周辺生態系に対し環境影響評価をするため、採鉱時にどのような種類の懸濁物質がどの程度の濃度で発生・拡散・堆積し、周辺海域の生態系に影響を及ぼすか、懸濁物質を計測することで把握する必要がある。本研究では多変量解析をADCPに用い、まずは計測が容易な沿岸海域の異なる懸濁物質の濃度を推定する手法を開発した。
ADCPはトランスデューサーから超音波を発射し，浮遊懸濁物質からの反射波の位相の「ずれ」を計測し、流向流速を計測する機器である。一方，ADCPは反射波の強度である散乱強度も計測しており，散乱強度から海中の浮遊懸濁物質の濃度分布が非接触で定量できると考えた。
散乱強度から，濁度の鉛直分布を推定するために，超音波の距離減衰を考慮し，計測層における応答を算出するモデル式を作成した。
さらに，伝搬モデルを使って求めた濁度は，浮遊砂泥のみならず，動物・植物プランクトンといった複数種類の濁度に対する応答が足し合わせと考え，ADCPにより計測した濁度から，海中の浮遊砂泥および動物・植物プランクトンの濃度分布を推定することを試みた。ADCPがトランスデューサーを4個保有している点に注目し，4個のトランスデューサーの各計測値は，複数種類の懸濁物質の応答がトランスデューサーごとに異なる重みで，独立した信号として混合されたものとし，主成分分析，および独立成分分析といった統計的な手法により，海中の浮遊砂泥の濃度と動物プランクトンや植物プランクトン濃度分布といった異なる懸濁物質濃度の情報を抽出することを可能とした。
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