Detail description for spatial structure and temporal variations of the Kuroshio around the Izu-Ogasawara ridge

• Project/Area Number: 23K22572
• Project/Area Number (Other): 22H01301 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 17020:Atmospheric and hydrospheric sciences-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 市川 香 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (40263959)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000); Fiscal Year 2026: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2025: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
• Keywords: 黒潮 / 海面高度 / 伊豆小笠原海嶺 / GNSS / フェリー観測

Outline of Research at the Start

世界最強の海流の一つである黒潮は低緯度から中緯度に暖水を運び，水産漁業，気象，海運など多分野に多大な影響を与えている。日本南岸を東進したあと黒潮は伊豆海嶺付近で流向を北に変えるが，海底地形の影響を受けるため強流帯内部の流速構造や変動が複雑で，人工衛星を使ってさえ，観測が不足していて正確に理解できていない。
そこで本研究は，伊豆海嶺付近を航行する商用船にGNSS受信機を設置し，海面からのGNSS信号の反射波も併せて受信することで船の喫水変化を除去して，黒潮域を横断する海面高度を日単位で取得する。同一航路でのデータを蓄積した後，海底地形の影響下での黒潮強流帯の細かい構造や時間変動を詳細に記述する。

Outline of Annual Research Achievements

黒潮の流向が東から北へ変わる伊豆海嶺周辺では，海底地形の影響を受けて流路の位置が短時間で大きく変わる。安全かつ効率的な漁業や操船への影響が大きいため，流路の正確な位置と変動の把握が求められている。しかし，この海域の観測網は現状では粗く，予報に使われるデータ同化モデルの主入力データである人工衛星海面高度計が10日・300km程度の分解能しかないため，数日以下の突発的な流軸変動は満足に捕捉できていなかった。この問題点を補うため，本研究は伊豆海嶺付近で黒潮を横断する東海汽船のフェリー橘丸にGNSSアンテナを取り付けて，高頻度の海面高度の計測を行う。船体の喫水の変化は，海面からのGNSS反射波を用いるGNSS-R手法で海面とアンテナ間の距離を推定する。またデータを長期間蓄積させて，高度観測値に含まれるジオイド高と潮汐を分離する。
昨年度の6月のドック期間中にアンテナを取り付けた後，記録装置の排熱問題などで一時中断はあったものの，データの取得・蓄積は順調に行われている。なお，GNSS受信アンテナ近傍の通信装置からのノイズ混入を防ぐため，2023年6月のドック時にS/N比を向上させたアンテナに換装した。
取得したデータの解析方法に関して，大きな進展があった。昨年度は国土地理院の設置したGEONETの陸上局のデータを用いたdifferential PPKという手法を用いてきたが，国際学会でフランスの研究者から紹介されたPride PPPという手法を用いると，ほぼ同精度ながら船上のデータのみで解析が可能となった。
また，2022年12月に打ち上げられたSWOT衛星のデータは，時間的に間欠的ながら空間的な海面高度分布の観測が行えるため，時間的に密だが線状しかデータを得ることができないフェリー観測との親和性が高い。SWOT衛星との結合解析も今後行っていく予定である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

Pride PPP手法の導入によって，船上で処理を完結させることが可能となったため，4年目以降の課題としていた即時データ配信のために必要と考えられてきた陸上局の整備や離島での通信手段の確保などの問題が大幅に軽減された。ただし，潮汐やジオイドの補正のために長期間のデータが必要な点は変わらないため，2年目完了の現時点においては当初計画からの大幅な進展はない。
また，SWOT衛星のデータが当初の想定よりも精度が良かったため，最終目標を上方修正して，短周期変動の流下方向の空間構造までを含めた考察を行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

水位変化に影響する可能性のある気圧変化を計測していないため，2024年度のドック時に気圧計を設置する予定である。
データが年単位で蓄積されてきたので，ジオイドと潮汐の補正に関しての精度評価を行う。この際，比較用の現場データとして東京都水産センターが行っている現場観測や黒潮の流軸推定値との定量的な比較を行う。さらに，約10日ごとに得られるSWOT衛星の測定結果も参考にして相互にデータの精度検証を行う。

Research Products

• [Journal Article] Ship-borne wave gauge using GNSS interferometric reflectometry (2024)
  • Author(s): K Ichikawa, JQ Zhu, J Noda, R Sakemi, K Yufu and K Matsuura
  • Journal Title: Coastal Engineering Journal Volume: in press Issue: 2 Pages: 395-404
  • DOI: 10.1080/21664250.2024.2342596
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mean Seasonal Sea Surface Height Variations in and around the Makassar Strait (2023)
  • Author(s): Ichikawa Kaoru
  • Journal Title: Remote Sensing Volume: 15 Issue: 17 Pages: 4324-4324
  • DOI: 10.3390/rs15174324
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] SWOT validations in Bungo Channel and Assimilation in the western North Pacific (2023)
  • Author(s): K Ichikawa, A Morimoto and Y Miyazawa
  • Organizer: 2023 SWOT Science Team meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 伊豆海嶺付近の界面力学高度分布の連日計測（I） (2023)
  • Author(s): 市川香・酒見亮祐・野田穣士郎・油布圭
  • Organizer: 2023年度日本海洋学会秋季大会
• [Presentation] Daily monitoring of the Kuroshio over the Izu Ridge using ferry-onboard GNSS (2023)
  • Author(s): Kaoru Ichikawa, J Noda, K Yufu, R Sakemi
  • Organizer: 2023 Ocean Surface Topography Science Team meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ship-borne SSH measurements using GNSS-R (2023)
  • Author(s): Kaoru Ichikawa, Jyoushiro Noda, Ryosuke Sakemi and Kei Yufu
  • Organizer: 13th Coastal Altimetry Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Book] Coastal Altimetry: Chapter 7 (2023)
  • Author(s): Kaoru Ichikawa, XF Wang, H Tamura and D Wei
  • Total Pages: 26
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 9780323917087