海洋波による海氷形成から崩壊における構造化の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00801
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 早稲田 卓爾 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (30376488)
• 研究分担者: 松沢 孝俊 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (00443242) ; 小平 翼 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 講師 (60795459)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 海氷波浪相互作用 / 氷海水槽実験 / マージナルアイスゾーン / 氷盤フラクタル / 波浪方向スペクトル

研究実績の概要

結氷・融解過程を支配する氷縁域では、波浪と海氷が活発に相互作用し、氷盤分布をはじめとして波浪が海氷の構造に重要な役割を果たす。しかし、力学的な波浪海氷相互作用の詳細は未だ解明されていない。そこで本研究では、氷縁域における、海氷の形成と崩壊、海氷下の波浪の伝搬減衰に関する、波浪海氷相互作用機構を解明し、モデル化することを目的とする。そのために、１）氷海造波水槽実験、２）極域波浪海氷観測、３）サブグリッドスケールモデリングを実施した。
1）確立した造波製氷技術を用いて氷塊を製氷し、異なる波浪条件で海氷下波浪伝搬特性を考察した。規則波からわずかにスペクトルバンド幅を広げた変調不安定波の発達から、強い散逸に誘起された非線形相互作用によるスペクトルダウンシフトが計測された。この結果は、2020年にオホーツク海で観測された特異なスペクトルダウンシフト（Waseda et al. 2022）と関係があると思われる。
２）2021、2022海洋地球研究船「みらい」北極海航海にて、レーダー、波浪ブイ、ステレオカメラ、しぶき計測など、第63次、第64次南極地域観測隊（2021-2022-2023)にて、砕氷艦「しらせ」による波浪ブイ、ステレオカメラ、しぶき計測など、そして、2022巡視艇「そうや」によるオホーツク海波浪ブイ計測などを実施した。そして、北海道ウトロにおける現場海氷観測、ドローン海氷撮影を2021、2022に実施した。
３）氷海造波水槽を模擬した数値水槽を構築し、熱力学モデル、氷晶成長モデルの開発を行っている。また、高次スペクトル法による位相解像波浪モデルに海氷影響を導入し、非線形伝達関数の計算を行った。今後サブグリッドスケールモデルとして活用する。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Nose T., Rabault J., Waseda T., Kodaira T., Fujiwara Y., Katsuno T., Kanna N., Tateyama K., Voermans J., and Aleekseva T.
  • 雑誌名: Polar Research 巻: - ページ: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The impact of spume droplets induced by the bag-breakup mechanism on tropical cyclone modeling (2023)
  • 著者名/発表者名: Xu Xingkun,Voermans Joey,Waseda Takuji,Moon Il-Ju,Liu Qingxiang,Babanin Alexander V.
  • 雑誌名: Frontiers in Marine Science 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fmars.2023.1133149
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Uncertainty in wave hindcasts in the North Atlantic Ocean (2023)
  • 著者名/発表者名: Kodaira Tsubasa,Sasmal Kaushik,Miratsu Rei,Fukui Tsutomu,Zhu Tingyao,Waseda Takuji
  • 雑誌名: Marine Structures 巻: 89 ページ: 103370～103370
  • DOI: 10.1016/j.marstruc.2023.103370
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A dataset of direct observations of sea ice drift and waves in ice (2023)
  • 著者名/発表者名: Rabault J., Muuller 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 Kai H.,Kristiansen M.,Hope G., Kodaira T., et al.
  • 雑誌名: Scientific Data 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41597-023-02160-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Four-wave resonant interaction of surface gravity waves in finite water depth (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu S.,Waseda T.,Zhang X.
  • 雑誌名: Physical Review Fluids 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevFluids.7.114803
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of ship operational effect based on long-term encountered sea states using wave hindcast combined with storm avoidance model (2022)
  • 著者名/発表者名: Miratsu Rei,Sasmal Kaushik,Kodaira Tsubasa,Fukui Tsutomu,Zhu Tingyao,Waseda Takuji
  • 雑誌名: Marine Structures 巻: 86 ページ: 103293～103293
  • DOI: 10.1016/j.marstruc.2022.103293
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of anomalous spectral downshifting of waves in the Okhotsk Sea Marginal Ice Zone (2022)
  • 著者名/発表者名: Waseda Takuji,Alberello Alberto,Nose Takehiko,Toyota Takenobu,Kodaira Tsubasa,Fujiwara Yasushi
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 巻: 380 ページ: -
  • DOI: 10.1098/rsta.2021.0256
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase Convergence and Crest Enhancement of Modulated Wave Trains (2022)
  • 著者名/発表者名: Houtani Hidetaka,Sawada Hiroshi,Waseda Takuji
  • 雑誌名: Fluids 巻: 7 ページ: 275～275
  • DOI: 10.3390/fluids7080275
  • 査読あり
• [雑誌論文] Statistical properties of surface gravity waves and freak wave occurrence in crossing sea states (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu S.,Waseda T.,Yao J.,Zhang X.
  • 雑誌名: Physical Review Fluids 巻: 7 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevFluids.7.074805
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Uncertainties in long-term wave modelling (2022)
  • 著者名/発表者名: Bitner-Gregersen Elzbieta M.,Waseda Takuji,Parunov Josko,Yim Solomon,Hirdaris Spyros,Ma Ning,Guedes Soares C.
  • 雑誌名: Marine Structures 巻: 84 ページ: 103217～103217
  • DOI: 10.1016/j.marstruc.2022.103217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extreme Waves (2022)
  • 著者名/発表者名: Ponce de Le_n Sonia,Young Ian R.,Waseda Takuji,Osborne Alfred R.
  • 雑誌名: Journal of Marine Science and Engineering 巻: 10 ページ: 697～697
  • DOI: 10.3390/jmse10050697
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Geosciences 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.3390/geosciences12030110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Observation of on-ice wind waves under grease ice in the western Arctic Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Kodaira, T., Waseda, T., Nose, T., K. Sato, Inoue, J., Voermans, J., Babanin, A.
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100567
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100567
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] On the coagulated pancake ice formation: Observation in the refreezing Chukchi Sea and comparison to the Antarctic consolidated pancake ice (2021)
  • 著者名/発表者名: Nose, T., Waseda, T., Kodaira, T., Inoue, J.
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100622
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100622
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Climatic trends of extreme wave events caused by Arctic Cyclones in the western Arctic Ocean (2021)
  • 著者名/発表者名: Waseda, T., Nose, T., Kodaira, T., Sasmal, K., Webb, A.
  • 雑誌名: Polar Science 巻: 27 ページ: 100625
  • DOI: 10.1016/j.polar.2020.100625
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Directional Coherent Wave Group From an Assimilated Non-linear Wavefield (2021)
  • 著者名/発表者名: Waseda, T., S Watanabe, W Fujimoto, T Nose, T Kodaira, A Chabchoub
  • 雑誌名: Frontiers in Physics 巻: 127 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fphy.2021.622303
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Wave dispersion and dissipation in landfast ice: comparison of observations against models (2021)
  • 著者名/発表者名: Voermans, J., Q. Liu, A. Marchenko, J. Rabault, K. Filchuk, I. Ryzhov, P. Heil, T. Waseda, T. Nose, T. Kodaira, J. Li, A. V Babanin
  • 雑誌名: The Cryosphere 巻: 15 ページ: 5557-5575
  • DOI: 10.5194/tc-15-5557-2021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Waves, ice, and current measurements using 5-beam ADCP at the Barrow Canyon - one year of mooring observation from September 2021 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kodaira, T., Fujiwara, Y., Katsuno, T., Kanna, N., Tateyama, K., Voermans, J., and Alekseeva, T.
  • 学会等名: The 37th International symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans
• [学会発表] Observation of ocean wind wave development by multiple drifting wave buoys under the off-ice condition in the Beaufort Sea (2023)
  • 著者名/発表者名: Katsuno, T., Kodaira, T., Nose, T., Uchiyama, R., Waseda, T.
  • 学会等名: The 37th International symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans
• [学会発表] Quantifying the spreading of ocean wave predictions due to sea ice concentration uncertainty. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nose, T., Katsuno, T., Kodaira, and Waseda, T.
  • 学会等名: The 37th International symposium on the Okhotsk Sea and Polar Oceans
• [学会発表] Experimental research on spectral downshift of propagating waves under sea ice (2023)
  • 著者名/発表者名: Koya Sato, Takuji Waseda, Tsubasa Kodaira, Yasushi Fujiwara, Takehiko Nose, Tomotaka Katsuno
  • 学会等名: 7 th International Symposium on Arctic Research
• [学会発表] Impacts of non-breaking wave induced mixing on the modelling of Arctic Cyclone through the two-way coupled numerical model (2023)
  • 著者名/発表者名: Xingkun Xu, Yasushi Fujiwara, Takehiko Nose, Tsubasa Kodaira, Takuji Waseda
  • 学会等名: 7 th International Symposium on Arctic Research
• [学会発表] Laboratory experiment of ice group formation under waves (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Fujiwara, Takuji Waseda, Tsubasa Kodaira, Takehiko Nose, Tomotaka Katsuno, Koya Sato
  • 学会等名: 7 th International Symposium on Arctic Research
• [学会発表] Development of MEMS IMU based and solar powered wave buoy FZ (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodaira, T., Katsuno, T., Fujiwara, Y., Nose, T., Rabault, N., Voermans, J., Kimizuka, M., Inoue, J., Toyoda, T., and Waseda, T.
  • 学会等名: OCEANS 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Ocean wave observation by multiple drifting buoys in Beaufort Sea of the Arctic Ocean (2022)
  • 著者名/発表者名: Katsuno, T., Kodaira, T., Nose, T., Uchiyama, R., Waseda, T.
  • 学会等名: The 13th Symposium on Polar Science
• [学会発表] An overview of multi-OpenMetBuoy wave observations in the melting Greenland Sea marginal ice zone (2022)
  • 著者名/発表者名: Nose, T., Hoppmann M., Rabault, N., Waseda, T., Kodaira, T., Katsuno, T., and Haas, C.
  • 学会等名: The 13th Symposium on Polar Science
• [学会発表] 海氷漂流の風への応答 - 太平洋側北極海での観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤原泰,小平翼,早稲田卓爾,野瀬毅彦,西澤啓太,内山亮介
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2022年大会
• [学会発表] 融解期の北極海で観測された海氷漂流の密接度依存性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤原泰,小平翼,早稲田卓爾,野瀬毅彦
  • 学会等名: 日本海洋学会 2022年秋季大会
• [学会発表] Application of drifting wave-ice buoy for ocean deployment. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nose, T., Rabault, N., Waseda, T., Kodaira, Voermans, and T., Katsuno, T.,
  • 学会等名: The 37th International Conference on Coastal Engineering.
• [学会発表] 南部オホーツク海における氷中航行の実船実験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松沢孝俊, 宇都正太郎
  • 学会等名: 日本船舶海洋工学会令和4年秋季講演会
• [学会発表] 船舶の氷中抵抗推定におけるIce Chartの適用 第2報 Ice Chart情報の信頼性について (2022)
  • 著者名/発表者名: 宇都正太郎, 泉史郎, 松沢孝俊
  • 学会等名: 第38回寒地技術シンポジウム
• [学会発表] Peculiarities of using the data of sea ice concentration derived from satellite microwave radiometry for navigational tasks (2022)
  • 著者名/発表者名: Alekseeva, T., Sokolova, J., Afanasyeva, E., Tikhonov, V., Raev, M., Waseda, T., Nose, T., Sharkov, E.
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
• [学会発表] Lagrangian observation of sea ice drift (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara,Y, Kodaira, T., Waseda, T., Nose, T., Nishizawa, K., Uchiyama R.
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
• [学会発表] 海氷漂流のラグランジュ的観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤原泰、小平翼、早稲田卓爾、野瀬毅彦、西澤啓太、内山亮介
  • 学会等名: J-ARCNet共同研究集会
• [学会発表] Laboratory experiments of ice floe formation under wave motions (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, Y., Katsuno, T., Waseda, T., Nose, T., Kodaira, T
  • 学会等名: Japan Geoscience Union (JpGU) Meeting
• [学会発表] Interannual variation of sea ice concentration over the Canada Basin (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodaira, T., Waseda, T., Nose, T., Fujiwara,Y
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Record high Pacific Arctic seawater temperatures and delayed sea ice advance in response to episodic atmospheric blocking (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodaira, T., Waseda, T., Nose, T., Inoue, J.
  • 学会等名: Ocean Sciences Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Observation and model comparison of surface ocean waves in the Laptev Sea (2022)
  • 著者名/発表者名: Nose, T., Rebault, J., Waseda, T., Kodaira., T., Katsuno, T., Kanna, N., Tateyama, K., Voremans, J., Alekseeva, T.
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Sea ice observation using a portable and satelliteborne passive microwave radiometers in 2021 NABOS expedition (2022)
  • 著者名/発表者名: Tateyama, K., Timofeeva, A., Kanna, N., Waseda, T., Enomoto, H.
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis on long-term trend of vessel icing predictor in the Arctic Ocean and measurement of sea spray and waves on R/V Mirai (2022)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama R., Waseda, T., Ozeki, T., Kodaira, T., Fujiwara,Y., Yamaguchi, H.
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Radar observation of sea-ice and waves in a controlled laboratory environment (2022)
  • 著者名/発表者名: Waseda, T., Matsuzawa T.,Tateyama K., Kodaira, T., Fujiwara,Y., Katsuo T., Nose, T., Nishizawa, K., Sato K., Uchiyama, R
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] Coupled model for simulating the interaction of wave and ice particles (2022)
  • 著者名/発表者名: Jin, Z., Waseda, T., Fujiwara,Y., Katsuo T.
  • 学会等名: The 36th International Symposium on the Okhotsk Sea & Polar Oceans
  • 国際学会
• [学会発表] 波浪海氷相互作用：海氷の形成から破壊における海洋波の役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 早稲田卓爾
  • 学会等名: 理論応用力学講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Estimation of sea ice thickness using UAV-SfM in Utoro, Hokkaido on the shores of the Sea of Okhotsk (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ouchi, K. Tateyama, T. Watanabe, K. Sato, T. Waseda, T. Kodaira, R. Uchiyama
  • 学会等名: The Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Laboratory experiment of ice group formation under waves (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujiwara, T. Waseda, T. Kodaira, T. Nose, T. Katsuno, K. Sato
  • 学会等名: The Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会
• [学会発表] Spatial distribution of manganese in surface waters in the East Siberian Arctic Seas (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Kanna, K. Tateyama, T. Waseda, A. Timofeeva, M. Papadimitraki, L. Whitmore, H. Obata, H. Ogawa, D. Nomura, I. Polyakov
  • 学会等名: The Seventh International Symposium on Arctic Research (ISAR-7)
  • 国際学会