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三重大学練習船「勢水丸」
に設置された
超音波風速計が
とらえた乱流フラックス




航海中の勢水丸
発表の流れ

• 研究背景・目的

• 研究方法

• 結果・考察

• まとめ

• 今後の予定
            停泊中の勢水丸
                      1
研究背景
-大気海洋相互作用
• (海面)乱流フラックス
 – 乱流によって大気と海の間を
   移動するエネルギー量
 – 大気海洋相互作用の素過程
        重要な要素
 – 間接的に推定する研究がほとんど
                 http://mercury.oi.u-tokai.ac.jp/kubotalab/about-jt.html

 – 直接観測による研究は非常に少ない
  研究目的     直接乱流フラックスを測
• 超音波風速計
    直接観測による乱流フラックスから
                定
  – 常備されている船は,国内に2隻のみ
  より詳細な大気海洋相互作用の素過程を
     そのうちの1隻が
    三重大学練習船「勢水
            明らかにする
               丸」
                                                  勢水丸の超音波風速計          2
研究方法
-使用データ
• 超音波風速計・加速度計 (0.05秒毎)
 – 風速 (3成分),気温,水蒸気量
 – 傾斜角,加速度,角速度 (各3成分)




• 船舶気象データ (2分毎)
 – 風速 (水平成分),気温,海面水温,湿度


                        超音波風速計・加速度計




                                      3
研究方法
-乱流顕熱フラックスの計算法

       通常の状況なら大まかな
          変動は正しい

船舶気象データで計算可能

      予想
      細かい変動をとらえること
          ができる?

超音波風速計データで計算可
      能
 勢水丸はバルク法,渦相関法の2種類で
  乱流フラックスをとらえるができる    4
研究方法
-船体動揺補正(塚本)



              鉛直風のパワースペクト
                   ル




  正しく補正されていない可能性がある    補正前
                       補正後
          が
      とりあえず見てみる

                            5
研究方法
 -対象期間①
• 対象期間
   – 期間Ⅰ:2010.4.5 14:00~4.7 05:00
   – 高気圧下の穏やかな天気
海面水温分布
(2010.4.6)




                               三重県水産研究所
                               関東・東海海況速
                                      報
                                          6
研究方法
-平均時間による渦相関法とバルク法との相関
           バルク          平均する時間は?
渦相関法        法           渦相関法とバルク法で相
                        関の良いものを比較

                  期間Ⅰ




          1分平均の渦相関法が
         10分平均のバルク法と
            最も相関が良い
            今後,この2つを比較
※10分以下の平均の渦相関法
・10分平均のバルク法と比較
・10分毎に平均して,10分平
均の バルク法とデータ数を同
じにする                                  7
結果①:期間Ⅰ
-乱流顕熱フラックスの時系列 (10分毎)
 乱流顕熱
フラックス
                           渦相関法
                  相関係数
                   0.62     バルク
                             法

                             黒潮上      黒潮北側

                              大気       大気

                              海         海
(海面水温)-(気温)
                           大気不安定     大気安定
              (海水温)-(気温)   乱流発生しやす   乱流発生しにく
                              乱流顕熱      乱流顕熱
                           い         い
                             フラックス     フラックス
風速                              大         小
                           バルク法は大気安定時,
                           乱流顕熱フラックスを
                             負に過大に計算  8
研究方法
-多くの観測データ




勢水丸の航路
(2009/03/02~2011/05/03)
          複数の事例を見てみる
                          9
研究方法
-対象期間②
• 伊勢湾から熊野灘を航行 (10時間)
   1月
 – 2010.1.18   16:00~1.19   02:00
 – 2011.1.18   09:30~1.18   19:30
  3月
 – 2011.3.3 06:00~3.3 16:00
 – 2011.3.10 06:00~3.10 16:00

• 西高東低の冬型の気圧配置が緩み,
  西から高気圧が張り出している
  穏やかな天気




                                    10
研究方法
-平均時間による渦相関法とバルク法との相関
            バルク      平均する時間は?
渦相関法         法       渦相関法とバルク法で相
                     関の良いものを比較

       顕熱                潜熱




           1分平均の渦相関法が
          10分平均のバルク法と              1月
※10分以下の平均の渦相関法
・10分平均のバルク法と比較相関が良い                3月
            今後,この2つを比較
・10分毎に平均して,10分平
均の バルク法とデータ数を同
じにする                                    11
結果②:1月Ⅰ(2010.1.18 16:00~1.19         02:00)
-乱流顕熱フラックスの時系列(10分毎)
 乱流顕熱                            バルク
フラックス         相関係数    渦相関法
               0.91
                                  法

                       海面水温分布
                       (2010.1.18)




(気温)-(海面水温)




風速
                      バルク法は大気安定時,
                      乱流顕熱フラックスを
                        負に過大に計算
                            三重県水産研究所
                                 関東・東海海況速12
結果②:1月Ⅱ (2011.1.18 09:30~1.18        19:30)
-乱流顕熱フラックスの時系列 (10分毎)
 乱流顕熱                            バルク
フラックス         相関係数    渦相関法
               0.86
                                  法

                       海面水温分布
                       (2011.1.18)




(気温)-(海面水温)




風速
                      バルク法は大気安定時,
                      乱流顕熱フラックスを
                        負に過大に計算
                           三重県水産研究所
                                関東・東海海況速      13
結果②:3月Ⅰ (2011.3.3 06:00~3.3 16:00)
-乱流顕熱フラックスの時系列 (10分毎)
 乱流顕熱         相関係数                  バルク
フラックス                 渦相関法
               0.90                  法

                      海面水温分布
                      (2011.3.10)




(気温)-(海面水温)




風速
                      渦相関法は細かい変動
                       をとらえている
                                    三重県水産研究所
                                    関東・東海海況速
                                           14
結果②:3月Ⅱ (2011.3.10 06:00~3.10        16:00)
-乱流顕熱フラックスの時系列 (10分毎)
 乱流顕熱         相関係数                   バルク
フラックス                 渦相関法
               0.91                   法

                       海面水温分布
                       (2011.3.10)




(気温)-(海面水温)




風速
                      渦相関法は細かい変動
                       をとらえている
                                 三重県水産研究所
                                 関東・東海海況速     15
研究方法
-共通した乱流フラックス変動
• 複数の事例で共通した乱流フラックスの変動は
  ないか?
 – 気象による影響 or 海からの影響 or その場所の特徴
 – 平均して強いシグナルがあれば,それは特徴的な変
   動


     同じ場所の乱流フラックスを,
       月ごとに平均してみる


                             16
結果②:1月Ⅰ + Ⅱ
-航路に沿った乱流顕熱フラックス (10分毎)
 乱流顕熱       (気温)-(海面水温)   風速
フラックス

渦相関法




            海面水温          気温




               伊勢湾:海面水温に依
                    存
                熊野灘:風速に依存
                               17
結果②:3月Ⅰ+ Ⅱ
-航路に沿った乱流顕熱フラックス (10分毎)
 乱流顕熱       (気温)-(海面水温)   風速
フラックス

渦相関法




            海面水温          気温




               伊勢湾:海面水温に依
                    存
                熊野灘:風速に依存
                               18
まとめ
1. バルク法は,大気安定時に乱流顕熱フラックスを過小
(負に過大)に計算することを示唆
 –   大気安定時に発生する乱流は小さい
 –   大気から海への乱流フラックスはあまり大きくない?

2. 渦相関法は,バルク法より細かい乱流フラックスの変動を
とらえることができる

3. 伊勢湾では海面水温に依存し,熊野灘では風速に依存する
     原因は不明

4. 乱流潜熱フラックスも同じ結果

     渦相関法でのみとらえることのでき
     る乱流フラックスがあることを示唆
                                19
今後の予定

• 同じ場所の乱流フラックスデータを集める
 – 共通の変動を見つける→変動要因を探る
 – 特に,極端な現象に着目(ex.台風,黒潮上)
 – 乱流フラックス分布図の作成
   →大スケールの大気場への影響を見る


• モデルへの応用
 – 改良バルク係数の作成
 – バルク係数を操作してモデル実験
 – 大気→海洋,海洋→大気の影響

                            20
那智勝浦港
        ご清聴ありがとうございま
                   21

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