短波海洋レーダによる 津波監視 - 九州大学（kyushu...
TRANSCRIPT
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短波海洋レーダによる津波監視
国際航業株式会社 泉 正寿、金津伸好新潟大学工学部 泉宮 尊司
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短波海洋レーダの利用面
環境情報の提供環境情報の提供 防災情報の提供防災情報の提供
◆流れ情報の提供・海域の現象把握・潮目解析
→ゴミ集積場所の提供
◆流れ情報の提供・海域の現象把握・潮目解析
→ゴミ集積場所の提供
◆波浪情報の提供・船舶の航行安全・工事等稼働率◆油、人等の漂流予測
◆波浪情報の提供・船舶の航行安全・工事等稼働率◆油、人等の漂流予測
現 状
機能向上へ の取り組み
流れの精度向上流れの精度向上 波浪の精度向上波浪の精度向上
・設計外力の提供・設計外力の提供・リアルタイム津波監視・リアルタイム津波監視
環境防災情報の提供環境防災情報の提供
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背 景
（１）近年，地震津波の発生が頻発インドネシア・スマトラ島沖津波(2004)紀伊半島沖地震津波(2004)北海道十勝沖地震津波(2003)
津波に関する知識や正確な情報の欠如避難の遅れや情報伝達の不徹底などの問題
津波の正確な情報が必要となっている．（２）津波観測装置の開発
・GPS津波計 ・海底津波計(PG)リアルタイムで津波に関する情報が得られるようになった．
・短波海洋レーダ(沿岸から約60kmまでの表面流速の計測)
津波の全容がリアルタイムで得られる可能性
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短波海洋レーダーによる津波監視イメージ
地震発生時リアルタイム津波情報の提供
(沖合いにおける津波高)→避難の促進
地震発生時リアルタイム津波情報の提供
(沖合いにおける津波高)→避難の促進
平常時環境情報及び平常時の防災情報の提供
平常時環境情報及び平常時の防災情報の提供
いち早い現地被害状況の把握→応急対応、復旧活動支援
いち早い現地被害状況の把握→応急対応、復旧活動支援
→到達時刻、遡上高等の情報提供→到達時刻、遡上高等の情報提供
波源モデルの計算水位の空間分布から波源を逆算
波源モデルの計算水位の空間分布から波源を逆算
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津波の観測データによる同化手法
次の基礎方程式を満たし、観測データとの誤差を最小にする。
tyN
xM
t ∂∂
=∂∂
+∂∂
+∂∂ ξη
0
0
222
2
222
2
=++∂∂
+
∂∂
+
∂∂
+∂∂
=++∂∂
+
∂∂
+
∂∂
+∂∂
NMNDf
ygD
DN
yDMN
xtN
NMMDf
xgD
DMN
yDM
xtM
η
η
地殻鉛直変位
静水深海底摩擦係数
線流量津波水位
::, :
:,:
ξη
ηhhDf
NM+=
-
津波水位ηに関する波動方程式
ηη
∂∂
+
∂∂∂
+
∂∂
−
+∂∂
−
+∂∂
−
+∂η∂
+∂η∂
=η∇∇
+η∇
DN
yDMN
yxDM
xgD
DNM
ygDfN
DNM
xgDfM
NMtgD
ftgDD
D
2
2
222
2
2
2
22
2
22
2222
22
21
1
2つの運動方程式をクロス微分して
-
津波水位の算定法
)(24
1
4
2/4
42
2/2
2
2
2
τ+
∂η∂τ
+
∂η∂
=
∂η∂
−
∂η∂
τ≅
∂η∂
τ+=τ+=
=τ+=
Ott
ttt
tttt
tttt
津波波源域が水深数100m以上の場合
2
22 1
tghhh
∂η∂
=η∇∇
+η∇
連続式を用いて，水位変動の加速度を求める．水位加速度の定義式より
-
海表面流速の測定間隔の条件
連続式を用いて，水位変動の加速度を求める．
水位加速度の定義式より
右辺第２項が第１項よりも十分小さい条件より，
)(24
1
4
2/4
42
2/2
2
2
2
τ+
∂η∂τ
+
∂η∂
=
∂η∂
−
∂η∂
τ≅
∂η∂
τ+=τ+=
=τ+=
Ott
ttt
tttt
tttt
c
cc
c
T
TTT
tt
⋅
-
海表面流速場が所要の時間間隔で得られない場合
特性曲線の関係を利用して評価する
( ) ( )
( )
( ) ( )
( ) )(,,
,,,,
)(,,
,,,,
2
2
τ+∂∂
τ−∂∂
τ−=
τ−τ−=τ+
τ+∂∂
τ−∂∂
τ−=
τ−τ−=τ+
OyNv
xNutyxN
tvyuxNtyxN
OyMv
xMutyxM
tvyuxMtyxM
-
対象海域と想定断層による鉛直変位 （単位：m）
波源モデルの推定
-
流れから水位分布を推定した結果 （5分5秒後）
-
時間軸反転により推定された初期水位分布
モデル初期水位モデル初期水位 推定初期水位推定初期水位
-
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
鼠ヶ関
真値推定値
η(m)
t(min)
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
荒川
真値推定値
t(min)
η(m)
鼠ヶ関および荒川における津波水位の比較
R=0.992
R=0.996
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η:水位M,N:線流量
連続式による簡便な津波のリアルタイム監視手法
yN
xM
t ∂∂
+∂∂
=∂∂η
Mi-1,j
Ni,j-1
Ni,j
Mi,jΔη
)(,)( ηη +=+= hvNhuM
-
検討方法
step1 津波シミュレーションによる水位、流れ
データ1(1分間隔)の作成
流れデータ1→水位の換算
step2 津波をレーダで観測した場合の流れデータ2
の作成(step1の流れデータを変換)
流れデータ2→水位の換算
-
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
(m)
地震発生時の海水面の変動分布
を示す。赤は水面が上昇、青は
低下している範囲を示す。
元禄地震断層モデル
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A領域
B領域
Ａ領域（900ｍ ）
Ｂ 領域（300ｍ ）
（X1,Y1）
（X2,Y2）
（X2,Y2）
（X1,Y1）
A領域
B領域
津波シミュレーション計算領域
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津波シミュレーションによる流れデータから水位の換算
地震発生5分後地震発生5分後
津波シミュレーション 本手法
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津波シミュレーションによる流れデータから水位の換算
地震発生10分後地震発生10分後
津波シミュレーション 本手法
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津波シミュレーションによる流れデータから水位の換算
地震発生20分後地震発生20分後
津波シミュレーション 本手法
-
津波シミュレーションによる流れデータから水位の換算
地震発生30分後地震発生30分後
津波シミュレーション 本手法
図中 赤丸は水位の比較地点
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津波シミュレーションによる水位と流速から計算した水位の比較
水位比較(cm) y = 0.946x
R2 = 0.9126
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
数値シミュレーション
連続
式
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津波をレーダで観測した場合の流れその1時間のボケ
通常観測10分間観測通常観測
10分間観測津波発生時の観測
1分間観測津波発生時の観測
1分間観測のんびり観測していると
津波は沿岸へ来襲してしまう
のんびり観測していると津波は沿岸へ来襲してしまう
津波シミュレーションの流れデータを1分間移動平均
津波シミュレーションの流れデータを1分間移動平均
津波の波速は√gh水深h=1,000mでは約100m/s
津波の波速は√gh水深h=1,000mでは約100m/s
さらにさらに
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②レンジ方向分解能r＝ｃ/２×掃引幅（B）
レーダの性能
①アジマス方向分解能θ∽電波波長λ／アンテナ長さＤ
アジマス方向分解能θ
θ
アジマス方向分解能θ
θ
レンジ方向分解能rレンジ方向分解能r
津波をレーダで観測した場合の流れその2空間データのボケ
①レンジ方向分解能1,500m
②アジマス方向分解能半値幅7.5°(θ=15°)
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短波海洋レーダ設置位置図(検討用)
km
シミュレーションと短波海洋レーダで観測した
流速比較ライン
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短波海洋レーダで観測した流れデータから水位の換算
地震発生10分後地震発生10分後
津波シミュレーション 本手法
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短波海洋レーダで観測した流れデータから水位の換算
地震発生20分後地震発生20分後
津波シミュレーション 本手法
-
津波シミュレーションによる流速と短波海洋レーダで観測した流速の比較
y = 0.8286x
R2 = 0.7684
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250
シミュレーション(cm/s)
レー
ダ(c
m/s)
-
水位比較(cm) y = 0.7168x
R2 = 0.7608
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-500 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 500
数値シミュレーション
連続
式
津波シミュレーションによる水位と流速から計算した水位の比較
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まとめ
• 1分間の観測により津波の水位を捉えられる可能性がみえた
• この結果から比較的高い精度で津波警報が行える可能性がみえた
• 同時に、津波来襲後の被害状況が把握できるので、緊急時の対応に役立てる可能性がみえた
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課題と展望
(1)海流、潮流、吹送流および津波流速の
精度の高い分離法の開発
(2)流れの時間・空間スケールを考慮し た
フィルターの開発
(3)津波の面的観測データ同化による精度の
高い津波予報
(4)今後は、実際の津波を観測し、実証したい