波浪を考慮した大気海面境界素過程の解明と沿岸災害への影響評価

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00782
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 森 信人 京都大学, 防災研究所, 教授 (90371476)
• 研究分担者: 渡部 靖憲 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20292055) ; 竹見 哲也 京都大学, 防災研究所, 教授 (10314361) ; 内山 雄介 神戸大学, 工学研究科, 教授 (80344315) ; 馬場 康之 京都大学, 防災研究所, 准教授 (30283675) ; 金 洙列 熊本大学, くまもと水循環・減災研究教育センター, 准教授 (60508696) ; 志村 智也 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70789792) ; 二宮 順一 金沢大学, 地球社会基盤学系, 助教 (20748892) ; 豊田 将也 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70908558)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 大気海洋境界過程 / 波浪 / パラメタリゼーション / 沿岸災害

研究実績の概要

波浪境界層を考慮して大気海洋境界過程のパラメタリゼーションの定量化・汎用化とこれを用いた沿岸災害等の数値モデルへの影響評価を実施し，最大クラスの高潮・高波想定，大気や海洋の循環場へのモデル化と感度解析を行った．具体的な研究項目としては，(A) 大気海洋境界過程の現地観測，(B) 大気海洋境界面の素過程の解明と定量化，(C) 高潮・高波・台風の極端現象，大気・海洋の循環場への影響評価の3項目を実施した．
項目A 「大気海洋境界過程の現地観測」大気海洋境界過程定量化のための詳細な大気・海洋の観測を実施し，パラメータ空間をカバーするデータ解析を行った．項目Bにおける大気海洋境界面の素過程の解明・パラメタリゼーションのため，前年度に引き続き大気・海洋観測塔を用いた集中観測を継続し，低～高風速，風波・うねりの状態等をカバーする現地観測データセットの整備を行った．
項目B 「大気海洋境界面の素過程の解明と定量化」運動量交換係数，熱交換係数，海面粗度，砕波乱流の4つのパラメタリゼーションにつながる素過程のバルク式の見直しを行った．海面境界過程を波浪境界層理論をもとに風速と波浪の方向スペクトルを説明変数として考え，海面粗度高さについて枠組みの見直しを行った．波浪方向スペクトルをもとに運動量・熱交換過程，鉛直代表長さスケールをパラメタライズした．特に，砕波による海面表層での海洋の鉛直混合に着目し，パラメタリゼーションを行った．
項目C 「高潮・高波・台風の極端現象，大気・海洋の循環場への影響評価」項目Bで得られたパラメタリゼーションを用い，高潮・高波・台風の極端現象および大気・海洋の大循環場等への影響について定量的に検討した．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

コロナの影響を考慮した計画に従い，順調に成果を得ている．

今後の研究の推進方策

最終年度に向かって，目標達成のために研究をまとめていく．

研究成果

• [雑誌論文] Impacts of wave-induced ocean surface turbulent kinetic energy flux on typhoon characteristics (2022)
  • 著者名/発表者名: Takagi Masashi、Ninomiya Junichi、Mori Nobuhito、Shimura Tomoya、Miyashita Takuya
  • 雑誌名: Coastal Engineering Journal 巻: 64 ページ: 151～168
  • DOI: 10.1080/21664250.2021.2017191
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of empirical typhoon model considering the difference of radius between pressure gradient and wind speed distributions (2022)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Masaya、Mori Nobuhito、Yoshino Jun
  • 雑誌名: Coastal Engineering Journal 巻: 64 ページ: 376～386
  • DOI: 10.1080/21664250.2022.2035514
• [雑誌論文] Uncertainty of storm surge forecast using integrated atmospheric and storm surge model: a case study on Typhoon Haishen 2020 (2022)
  • 著者名/発表者名: Toyoda, M., N. Fukui, T. Miyashita, T. Shimura, N. Mori
  • 雑誌名: Coastal Engineering Journal 巻: 64 ページ: 135-150
  • DOI: 10.1080/21664250.2021.1997506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Freak wave in high-order weakly nonlinear wave evolution with bottom topography change (2021)
  • 著者名/発表者名: Lyu, Z., N. Mori and H. Kashima
  • 雑誌名: Coastal Engineering 巻: 167 ページ: 11
  • DOI: 10.1080/21664250.2021.1929742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Natural variability and warming signals in global ocean wave climates (2021)
  • 著者名/発表者名: Oderiz, I., R. Silva, T. Mortlock, N. Mori, T. Shimura, A. Webb, R. Padilla, S. Villers
  • 雑誌名: Geophysical Research Letters 巻: 48 ページ: e2021GL093622
  • DOI: 10.1029/2021GL093622
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tropical cyclone characteristics represented by the ocean wave coupled atmospheric global climate model incorporating wave-dependent momentum Flux (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimura, T., N. Mori, D. Urano, T. Takemi, R. Mizuta
  • 雑誌名: Journal of Climate 巻: 35 ページ: 499-515
  • DOI: 10.1175/JCLI-D-21-0362.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] A nearshore oceanic front induced by wave streaming (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang, P., McWilliams, J.C. and Uchiyama, Y.
  • 雑誌名: Journal of Physical Oceanography 巻: 51 ページ: 1967-1984
  • DOI: 10.1175/JPO-D-21-0004.1
• [雑誌論文] GMDH-based wave prediction model for one-week nearshore waves using one-week forecasted global wave data (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim, S., Takeda, M. and Mase, H.
  • 雑誌名: Applied Ocean Research 巻: 117 ページ: 102859
  • DOI: 10.1016/j.apor.2021.102859
  • 査読あり
• [雑誌論文] A framework for transformation to nearshore wave from global wave data using machine learning techniques: Validation at the Port of Hitachinaka, Japan (2021)
  • 著者名/発表者名: Kim, S., Tom, T.H.A., Takeda, M. and Mase, H
  • 雑誌名: Ocean Engineering 巻: 221 ページ: 108516
  • DOI: 10.1016/j.oceaneng.2020.108516
  • 査読あり
• [学会発表] 日本沿岸のうねりの方向スペクトルの標準形に関する検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤木 峻・森 信人・川口 浩二
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] 高潮の河川遡上を考慮した波浪・高潮結合モデルの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 豊田 将也・森 信人・金 洙列・澁谷 容子
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] 位相解像型波浪モデルを用いた強風時の風波発達モデルの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 笙子・森 信人・志村 智也・宮下 卓也
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] 大気海洋波浪結合モデルを用いた台風Haiyanの擬似温暖化実験 (2021)
  • 著者名/発表者名: 二宮 順一・竹見 哲也・森 信人
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] 風波砕波による海洋表層混合の台風への影響 (2021)
  • 著者名/発表者名: 髙木 雅史・森 信人・二宮 順一・志村 智也・宮下 卓也
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] アンサンブルカルマンフィルタ海洋データ同化システムの開発と瀬戸内海流動への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 王 鴻鑫・黒澤賢太・内山雄介
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] 高解像度海洋モデルと海洋地質学の融合による東部瀬戸内海海底地形の長期形成過程の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 乳原 材・内山雄介 ・小硲大地
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] 越波越流遷移モデルを用いた高潮浸水計算手法の精度検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 冨永 侑歩, 伍井 稔, 加藤 憲一, 金 洙列, 間瀬 肇
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会
• [学会発表] Development of a coupled coastal flood model of surge, wave, precipitation and sewer backflow for urban area (2021)
  • 著者名/発表者名: JO, J., Kim, S., Mase, H., Mori, N. and Tsujimoto
  • 学会等名: 土木学会海岸工学講演会