2017 Fiscal Year Research-status Report

漂流ブイによる海上風乱流の直接観測による外洋域の海面抵抗係数と波浪の関係解明

Research Project

Project/Area Number	16K13878
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	小松幸生東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (30371834)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	海面抵抗係数 / 海上風乱流 / 波浪 / ブイ式観測システム
Outline of Annual Research Achievements	平成29年度は、①平成28年度に試作した漂流ブイ式観測システムの改良、②東京大学平塚沖総合実験タワーを利用し、渦相関法、分布法、慣性散逸法の3つの方法に加えて、タワーに隣接してこの漂流ブイ式観測システムを係留して海面抵抗係数の同時計測の実施と風速データからブイの動揺の影響を除去するアルゴリズムの改良、③学術研究船新青丸のKS-17-10航海「外洋域における海面直上の海上風と波浪の現場観測システムの構築による海面抵抗係数と波浪の関係解明（研究代表者:小松幸生）」において、沖合における海上風と波浪の同時観測、を実施した。 ①では、昨年度の試作機を基盤として、船上からの係留・回収が安全かつ簡易にできるようにアルミ筐体の形状を全面的に改修した。また、3次元変位計測用のGPSセンサ、3成分超音波風速計、3成分加速度計・角速度計・地磁気計が同時かつ連続的に計測できるように記録装置と基盤の改良、バッテリの長寿命化を行った。 ②では、2017年8月22日～8月25日に東京大学平塚沖総合実験タワーから約100 m の場所に上記のブイシステムを係留し、同タワーに取り付けた3次元超音波風速計、同タワー既設の超音波式波高計とともに、海上風と波浪の同時計測を実施し、タワーで計測したデータと比較することで、ブイシステムで計測した風速データからブイの動揺の影響を除去するアルゴリズムを改良した。 ③では、上記のブイシステムを、2017年9月5日～18日に岩手県沿岸域～沖合域で実施した新青丸研究航海で船尾からロープで係留、浮遊させ、海面直上風と波浪を計測した。昨年度の試作機とは異なり、約10日間分の連続データを取得することができた。以上により、直接観測することが困難な沖合域の海上風乱流を高精度に観測する方法の基盤がほぼ完成し、従来不足していた外洋域の精度の高い海上風乱流と波浪の現場データを収集することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の計画では、平成29年度は、①平塚沖総合実験タワーを利用してブイ式観測システムの精度検証を行って同システムおよび解析アルゴリズムの問題点を改良し、②岩手県大槌湾外の沖合で風波とうねりが混在する条件下で上記ブイシステムと船上の超音波風速計を利用して、海面の抵抗係数を計測する予定であった。いずれも首尾よく実施し、研究は当初の計画通りに進展していると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	最終年度の平成30年度は、まず、外洋域での海面抵抗係数の観測とデータ収集を継続して実施する。学術研究船新青丸のKS-18-11およびKS-18-13研究航海が採択されており、前者は2018年9月に三陸沖合親潮域で、後者は10月に紀伊半島沖の黒潮域で観測を行う計画である。次に、これまで漂流ブイ式観測システムで得られた海上風と波浪の連続データから、周波数－方向スペクトルを算出し、その分布から風波とうねりの混在状況を確認し、Portilla et al. (2009) などが試みているように、風波とうねりの混在状態をグループ分けする。そうした上で、既往研究で報告されている海面抵抗係数CDと高度10 mの水平風速U10との関係 (e.g., Yelland and Taylor, 1996) に加えて風波とうねりそれぞれの波齢と非線形度との関係をデータの精度を慎重に吟味して調査する。