地球温暖化と急激な経済発展が東アジア域の海洋・大気環境に及ぼす影響の解明

課題.1-1海洋モデリング研究室

課題1 海洋・大気中の様々な物質の輸送・混合過程を解明するため、
また、地域の生態系など海洋環境特性の理解を目標とする。 東アジア縁辺海域での水と物質の輸送・混合に関わる、特に表層・亜表層の比較的短時間スケール(1-2年以内)の物理過程を対象とした研究。

データ同化モデルによる東シナ海・日本海表層循環の再現と解析。

九州大学応用力学研究所 東アジア海洋大気環境研究センター 広瀬 直毅

(線形的)データ同化の進め方

  • 順問題 (forward model, 演繹法):境界条件 → モデル → 計算結果
  • 逆問題 (inverse model, 帰納法):境界条件 ← モデル ← イノベーション
  • 注意点:線形性・可逆性

データ同化の恩恵

  • 予報・初期値作成 (prediction)
    • 天気予報
  • 再解析 (smoothing)
    • 力学的内挿・外挿
    • 初期値・境界条件の推定
  • モデルの最適化 (optimization)
    • パラメーター推定
  • 観測の最適化 (design)
    • 観測ネットワーク

RIAM Ocean Model

  • 独自開発モデル
    • 高野・大西モデル(1978)系列
    • 1993年頃、応力研で作成開始
      • Lee, Yoon, and Takematsu (1996)
    • 2000年頃、全面改定(安定化)
      • Lee et al. (2003)
    • 現在の主管理者は広瀬
  • 主な特徴
    • B-grid, 深度球面座標, ベクトル並列化
    • 自由海面(潮汐・循環同時計算・河川水)
    • 一般化荒川スキーム (Ishizaki and Motoi, 1999)
    • 表層乱流混合スキーム (Noh and Kim, 1999)
    • 4次精度移流スキームMS-QUICK (Webb, 1998)

DREAMS : models

  • River discharge
    • Direct: Amur, Huanghe, and Changjiang
    • Indirect: coastal precipitation
  • Bottom topo: JTOPO1 + SKKU + TaiDBMv6 + ETOPO1
  DR_Basin DR_Marginal DR_Coast
grid spacing 1/4°× 1/5° 1/12°× 1/15° 1/60°× 1/75°
open boundary monthly climate DR_B DR_M
surface forcing JRA25+GSM, daily JRA25+GSM, 6 hourly GPV/MSM, hourly
tide no NAO.99Jb DR_M

海面高度データとの相関

Calibration of Tid al Components

Tide and topography

  • River discharge
    • Direct: Amur, Huanghe, and Changjiang
    • Indirect: coastal precipitation
  • RMS error and cost functions compared to the satellite observation
    for three bathymetry datasets
  M2 S2 K1 O1 Cost
Hirose (2005) 5.19 1.93 2.15 2.40 722.9
GEBCO (2008) 7.23 2.56 2.30 2.49 1309.7
ETOPO1 (2008) 6.61 2.09 2.28 2.47 1037.9

Moon et al., J. Oceanogr. (2012)

http://dreams-i.riam.kyushu-u.ac.jp/

DREAMS

川内原発付近を起源とする海水輸送シミュレーション

2011.3/11〜4/10に流出した場合

読売新聞(2011.7.8)などで報道

対馬海峡の東西両水道の流量変動のメカニズムの解明。

九州大学応用力学研究所  姜分順, 広瀬直毅

はじめに

  • 対馬海峡を通過する流量
    • 季節変化以上に短周期変動 (数日〜数週間秋季) が強い

      時間スケール : 3〜7日, 1ヶ月
  • 短周期流量変動は、大気強制力によって励起される
    • 海面気圧(SLP)に対する応答
      Lyu et al. (2002) : analyticモデル
      海面気圧変化→海面水位変化→流量変動
      →inverted barometer (IB) 応答
      Inazu et al. (2006) : barotropic 数値モデル
      海面気圧による水位の変化は半日近く遅れる。この遅れは海峡における海底摩擦による。
  • 海上風に対する応答
    • 福留 (2003) : 浅水波順圧モデル
      2日~10日の周期における流量変動は海面気圧あるいは風と高い相関がある。
      → 風がどのように駆動するのか?
      Jacobs et al. (2005) : 3-D primitive equation モデル
      2日〜20日周期で韓国東岸に沿って吹く風と高い相関がある。
      → モデリング結果による
  • 本研究の目的
    10年間のADCPデータを用いて,対馬海峡鉛直断面で短周期流量変動の構造を明らかにしたあと,海面風による応答について調べる。

ADCP データ

  • 期間 : 10年 (1997〜2007)
  • データ前処理
    1. グリっド間隔 : 水平方向 1/96シ, 鉛直方向 8m (18mから)
    2. 調和解析による(Fukudome et al., 2010)潮汐除去
      → 速度成分 (u & v), 流量 (Q)
    3. FFT(フーリエ変換)を利用, 3日〜50日間バンドパスフィルタ
      → 短周期流速 (u′ & v′), 短周期流量 (Q’)

EOF分析

  • QEOF : transport modeから求めた流量変動
  • Q’ : 3日〜50日にバンドパスフィルタをかけた短周期流量変動
  • Normalized spectra by variance of its variable
    • 大気強制力と流量変動が同期

議論 : 流量変動と海面気圧との共分散 (VARslp)

議論 : 流量変動と海面風との共分散(VARτNS & VARτWE)

まとめに

  • 対馬海峡における短周期流量変動は
    • 一年中西水道と東水道の中心部で卓越
    • 特に9月〜翌4月の期間で強い
    • 主な周期: 3日〜2週間
    • 短周期変動のうちおよそ20%を占める
    • ゼロ~2日ラグで海面大気強制力と高い相関
    • 海面風との応答は
      → 1日~2日ラグで総観規模の風変化による沿岸捕捉波の伝播で流量変動
      → ゼロ~1日ラグで海峡直上の風変化によって駆動される
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