音波伝搬時間を利用した高精度沿岸流速モニタリングシステムの構築

本研究は、音波送受信実験・伝搬時間計測データから得られる経路平均流速を数値海洋モデルにデータ同化させた、高精度沿岸流速分布の準リアルタイムモニタリングシステムの構築を目的とし、瀬戸内海の約100平方キロメートル程度までの比較的小領域の湾や灘へ適用できるシステムの構築を目指している。2022年度は、音波経路平均流速に適したデータ同化法の検討と音波送受信・伝搬時間計測装置の製作に取り組んだ。データ同化法の検討に関して、本研究で実証実験実施予定場所である三原瀬戸海域の潮汐・潮流を対象とした数値流動モデルを構築し、過去の音波送受信実験データに代表的なデータ同化法の一つであるアンサンブルカルマンフィルタを用いたデータ同化実験を行った。アンサンブルメンバ数や共分散局所化・共分散膨張といったアンサンブルカルマンフィルタに関するパラメータを変えた数値実験を行い、本研究の対象である比較的小領域の潮流を対象とする場合は共分散局所化は必ずしも必要でないこと、また対象海域の再現には100アンサンブルメンバ程度でよいといった知見を得た。再現した潮流場の流速変動を超音波ドップラー流速計で計測した流速データと比較することで、対象海域にある大久野島の下流の後流構造を含む流れ場の構造を概ね再現できていることを示した。しかし、相対誤差としては30%程度であり目標としている相対誤差10%は達成できていない。音波送受信装置の製作に関しては、世界的な半導体不足のために使用予定であった半導体が入手困難であり、また、以前に試作した際に使用した部品の中にもCOVID-19の影響で製作が困難であるものもあった。そのため、新しく入手性のよい別材料や部品を検討し、送受信回路試作器の設計を行った。

本研究は、音波送受信実験・伝搬時間計測データから得られる経路平均流速を数値海洋モデルにデータ同化させた、高精度沿岸流速分布の準リアルタイムモニタリングシステムの構築を目的とし、瀬戸内海の約100平方キロメートル程度までの比較的小領域の湾や灘へ適用できるシステムの構築を目指している。2022年度は、音波経路平均流速に適したデータ同化法の検討と音波送受信・伝搬時間計測装置の製作に取り組んだ。データ同化法の検討に関して、本研究で実証実験実施予定場所である三原瀬戸海域の潮汐・潮流を対象とした数値流動モデルを構築し、過去の音波送受信実験データに代表的なデータ同化法の一つであるアンサンブルカルマンフィルタを用いたデータ同化実験を行った。アンサンブルメンバ数や共分散局所化・共分散膨張といったアンサンブルカルマンフィルタに関するパラメータを変えた数値実験を行い、本研究の対象である比較的小領域の潮流を対象とする場合は共分散局所化は必ずしも必要でないこと、また対象海域の再現には100アンサンブルメンバ程度でよいといった知見を得た。再現した潮流場の流速変動を超音波ドップラー流速計で計測した流速データと比較することで、対象海域にある大久野島の下流の後流構造を含む流れ場の構造を概ね再現できていることを示した。しかし、相対誤差としては30%程度であり目標としている相対誤差10%は達成できていない。音波送受信装置の製作に関しては、世界的な半導体不足のために使用予定であった半導体が入手困難であり、また、以前に試作した際に使用した部品の中にもCOVID-19の影響で製作が困難であるものもあった。そのため、新しく入手性のよい別材料や部品を検討し、送受信回路試作器の設計を行った。