Observation of water vapor, wave height, and sea level in the East China Sea using ship-borne GNSS measurements
| Project/Area Number |
20H02420
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 25030:Disaster prevention engineering-related
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| Research Institution | Japan, Meteorological Research Institute |
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Principal Investigator |
小司 禎教 気象庁気象研究所, 気象観測研究部, 室長 (70354446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津田 敏隆 京都大学, 生存圏研究所, 研究員 (30115886)
矢吹 正教 京都大学, 生存圏研究所, 助教 (80390590)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
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| Keywords | 海洋観測 / 水蒸気 / 海面高度 / 波浪 / GNSS / GNSS気象学 / 移動体測位 / 水蒸気観測 |
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| Outline of Research at the Start |
台風や線状降水帯（発達した積乱雲が列をなし、同じ場所に数時間にわたって強雨をもたらす）等、災害をもたらす気象現象の解明にとり、エネルギー源となる水蒸気の動態把握が鍵となる。特に海上観測の希薄さは、克服しなければならない最重要課題である。
本研究では、日本の準天頂衛星から配信される高精度衛星軌道情報等，最新の衛星測位技術を活用することで、従来陸上の固定点のみで利用が進められてきたGNSS気象学手法を、海洋観測の拡充に活用する。
波浪や海面高度の計測にも取り組み、全球で適用可能なGNSSによる水蒸気、波浪、高潮や津波等に関連の深い海面高度を海上で統合観測するシステムの実現に向けた基礎研究を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究初年度にあたる2020年度は、研究計画に則り①船舶搭載GNSSによる水蒸気解析の最適化に関する検討、②測位誤差と水蒸気誤差の関連考察及び潮汐モデルを用いた水蒸気解析誤差改善の可能性検討、③GNSSアンテナの傾きが解析に与える影響を評価するため、慣性計測装置（IMU)を購入し、機器操作の習熟、④低コスト小型GNSS装置による水蒸気解析試験、⑤準天頂衛星から配信されるリアルタイム軌道情報MADOCA(Multi-GNSS Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis)を用いた海洋上での水蒸気、波浪、海面高度のリアルタイム解析実験を行った。
①に関して，船舶に搭載したGNSS装置による水蒸気解析について，長時間のデータを用いた解析が必ずしも良い精度をもたらさず，概ね1時間半程度の観測データを用いた解析が，高層ゾンデ観測や数値予報客観解析と比較して最も一致度が高くなることがわかった．GNSS解析において理論的には，波数不確定と呼ばれる解析開始時に測位衛星と受信装置の間に含まれる波数が測位誤差を持たらし，時間方向に前方解析を行うことによって，初期時刻の波数の確度が向上することにより，測位解とともに水蒸気解析精度も向上する．今回得られた結果は，反射波の卓越や，アンテナの姿勢変化による位相中心変動の特性が時間変化すること等が原因で，時間方向に相関するノイズの存在を示唆している．この結果は，令和2年度3次補正予算による措置として気象庁が取り組む「線状降水帯の予測精度向上のための気象観測・監視の強化」における気象庁観測船等への船舶GNSS観測の追加施策に採用された．
②に関して，測位誤差とGNSS解析による可降水量の誤差が，逆比例の関係にあることを見出した．さらに潮汐モデルによる海面高を用いた補正の可能性を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究調書に則り，初年度に達成すべき事項に到達することができた．
また，船舶観測に特有な反射波やアンテナの揺動による位置解析や水蒸気量解析の誤差を確認し，現時点で考えられる最適な観測，解析方法を示すことができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は研究計画に則り、6隻の船舶に協力いただき、4月当初から通年で実験観測を遂行し、以下の研究に取り組む。①昨年度検討した最適化の手順を用いた船上解析を実施し、高層ゾンデ、衛星搭載マイクロ波放射計、数値モデルなどとの比較検証を行う。②船舶搭載GNSS解析から得られる海面高度の時系列から波浪解析を行い、船舶に搭載されているマイクロ波波浪計との比較検証を行う。③昨年度購入したIMUを船舶に搭載し、GNSSとの同時観測を実施し、アンテナの傾きや回転による水蒸気計測、波浪・海面高度計測への影響を
統計的に評価する。④小型PC、及び超小型PCを購入し、IMU観測データの収集に利用するほか、リアルタイム解析も含め、GNSS水蒸気、波浪、海面高度解析を実施し、機器の小型化に供することが可能か、検証する。
得られた成果を日本地球惑星科学連合(JpGU）大会、日本気象学会、測位航法学会等で報告し、議論する。
アンテナの傾斜観測用、また機器小型化の試験のための機器購入に133千円、船舶GNSS観測の維持のため保守点検、ドック前後の機器撤去、再設置役務に1,956千円、通信費用として464千円、検証用ゾンデ消耗品に549千円、観測維持の旅費917千円、打合せ旅費63千円、学会発表旅費68千円、投稿料等42千円、文房具8千円を計上する。
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Report
(1 results)
Research Products
(10 results)
