(57)【要約】【課題】予報精度の向上に役立つ、データ同化処理で用いる観測データを効率的に収集することが可能な海洋環境計測間隔決定方法及び装置を提供する。【解決手段】数値海洋モデルに基づいて予報対象となる海洋環境に関する物理的相関係数を算出し、この算出値を利用してガウス型相関係数分布を仮定することにより物理的相関距離を算出する。一方で、測定対象となる海域の水深、コリオリパラメータ、重力加速度等の特性に基づいて海洋に発生する擾乱が影響を及ぼす範囲であるロスビーの変形半径を算出する。これら数値海洋モデルによる物理量の予測結果、あるいはロスビーの変形半径の算出結果を計測間隔とする。あるいは相関距離とロスビーの変形半径の大小関係を比較し、より小さい方を選択する。【選択図】　図１
2004028616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、
前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、
前記相関距離の値を前記計測間隔として設定する海洋環境計測間隔決定方法。
【請求項２】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法であって、
予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、
前記ロスビーの変形半径の値を前記計測間隔として設定する海洋環境計測間隔決定方法。
【請求項３】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、
前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、
前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、
予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、
前記相関距離と前記ロスビーの変形半径の大小を比較し、その小さい方の値を前記計測間隔として設定する海洋環境計測間隔決定方法。
【請求項４】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定する海洋環境計測間隔決定装置であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、前記相関距離の値を前記計測間隔として設定する処理装置と、
前記数値海洋モデル、並びに計算結果である前記時空間データ、前記相互相関係数、及び前記相関距離をそれぞれ蓄積する記憶装置と、
を有する海洋環境計測間隔決定装置。
【請求項５】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定する海洋環境計測間隔決定装置であって、
予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、前記ロスビーの変形半径の値を前記計測間隔として設定する処理装置と、
前記海洋の水深、コリオリパラメータ、重力加速度、及び計算結果である前記ロスビーの変形半径をそれぞれ蓄積する記憶装置と、
を有する海洋環境計測間隔決定装置。
【請求項６】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定する海洋環境計測間隔決定装置であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、前記相関距離と前記ロスビーの変形半径の大小を比較し、その小さい方の値を前記計測間隔として設定する処理装置と、
前記数値海洋モデル、前記海洋の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度、並びに計算結果である前記時空間データ、前記相互相関係数、前記相関距離、及び前記ロスビーの変形半径をそれぞれ蓄積する記憶装置と、
を有する海洋環境計測間隔決定装置。
【請求項７】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔をコンピュータに決定させるためのプログラムであって、
予め記憶装置に蓄積された予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報させ、
前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出させ、
前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出させ、
前記相関距離の値を前記計測間隔として設定させる処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔をコンピュータに決定させるためのプログラムであって、
予め記憶装置に蓄積された予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出させ、
前記ロスビーの変形半径の値を前記計測間隔として設定させる処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔をコンピュータに決定させるためのプログラムであって、
予め記憶装置に蓄積された予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報させ、
前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出させ、
前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出させ、
予め記憶装置に蓄積された予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出させ、
前記相関距離と前記ロスビーの変形半径の大小を比較させ、その小さい方の値を前記計測間隔として設定させる処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋環境を精度良く予報するために実際に計測する計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、任意の海域における流速、水温、塩分、密度等の海洋環境の予報には、海洋環境の物理的な特性を数値的にモデル化する数値海洋モデルの作成処理と、予報精度を上げるために数値海洋モデルと実際に現場で計測した観測データとを統合するデータ同化処理の２段階の処理が必要である。
【０００３】
このデータ同化処理で必要な観測データを得る際に、無駄のない効率的な計測間隔を決定する手法はこれまで提案されていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のデータ同化処理では、数値海洋モデルの精度を少しでも向上させることができればよいという程度の認識で、既に現存する観測データを利用していた。そのため、最終的に得られる予報精度に一貫性がなく、現存する観測データの観測点の時空間分布に予報精度が依存する問題があった。
【０００５】
本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、予報精度の向上に役立つ、データ同化処理で用いる観測データを効率的に収集することが可能な海洋環境計測間隔決定方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の海洋環境計測間隔決定方法は、海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、
前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、
前記相関距離の値を前記計測間隔として設定する方法である。
【０００７】
または、海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法であって、
予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、
前記ロスビーの変形半径の値を前記計測間隔として設定する方法である。
【０００８】
または、海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定するための海洋環境計測間隔決定方法であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、
前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、
前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、
予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、
前記相関距離と前記ロスビーの変形半径の大小を比較し、その小さい方の値を前記計測間隔として設定する方法である。
【０００９】
一方、本発明の海洋環境計測間隔決定装置は、海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定する海洋環境計測間隔決定装置であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、前記相関距離の値を前記計測間隔として設定する処理装置と、
前記数値海洋モデル、並びに計算結果である前記時空間データ、前記相互相関係数、及び前記相関距離をそれぞれ蓄積する記憶装置と、
を有する構成である。
【００１０】
または、海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定する海洋環境計測間隔決定装置であって、
予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、前記ロスビーの変形半径の値を前記計測間隔として設定する処理装置と、
前記海洋の水深、コリオリパラメータ、重力加速度、及び計算結果である前記ロスビーの変形半径をそれぞれ蓄積する記憶装置と、
を有する構成である。
【００１１】
または、海洋環境を精度良く予報するために観測データの計測間隔を決定する海洋環境計測間隔決定装置であって、
予報対象海域の数値海洋モデルに基づいて海洋環境の時空間データを予報し、前記時空間データを用いて任意の点とその近傍の点との相互相関係数を算出し、前記相互相関係数を基にガウス型相関係数分布を仮定することにより、海域の特徴が現れる長さである相関距離を算出し、予報対象海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出し、前記相関距離と前記ロスビーの変形半径の大小を比較し、その小さい方の値を前記計測間隔として設定する処理装置と、
前記数値海洋モデル、前記海洋の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度、並びに計算結果である前記時空間データ、前記相互相関係数、前記相関距離、及び前記ロスビーの変形半径をそれぞれ蓄積する記憶装置と、
を有する構成である。
【００１２】
上記のような海洋環境計測間隔決定方法及び装置では、数値海洋モデルに基づいて予報対象となる海洋環境に関する物理的相関係数を算出し、この算出値を利用してガウス型相関係数分布を仮定することにより物理的相関距離を算出する。
【００１３】
一方で、測定対象となる海域の水深、コリオリパラメータ、重力加速度等の特性に基づいて海洋に発生する擾乱が影響を及ぼす範囲であるロスビーの変形半径を算出する。
【００１４】
これら数値海洋モデルによる物理量の予測結果、あるいはロスビーの変形半径の算出結果を計測間隔とすることで、海域毎に異なる物理的な特徴を反映した計測間隔を求めることが可能となる。
【００１５】
あるいは相関距離とロスビーの変形半径の大小関係を比較し、より小さい方を選択することにより、最適な海洋環境計測間隔を提示することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の海洋環境計測間隔決定装置の一構成例を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の海洋環境計測間隔決定装置は、ＥＷＳ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｗｏｒｋ　Ｓｔａｔｉｏｎ）やスーパーコンピュータ等の情報処理装置であり、プログラムにしたがって所定の処理を実行する処理装置１０と、処理装置１０に対してコマンドや情報等を入力するための入力装置２０と、処理装置１０の処理結果をモニタするための出力装置３０とを有する構成である。
【００１９】
処理装置１０は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１の処理で必要な情報を一時的に記憶する主記憶装置１２と、ＣＰＵ１１に本発明の海洋環境計測間隔決定処理を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体１３と、上述した数値海洋モデルや後述する各工程の算出結果を蓄積するデータ蓄積装置１４と、主記憶装置１２、記録媒体１３、及びデータ蓄積装置１４とのデータ転送を制御するメモリ制御インタフェース部１５と、入力装置２０及び出力装置３０とのインタフェース装置であるＩ／Ｏインタフェース部１６とを備え、それらがバス１８を介して接続された構成である。なお、処理装置１０には、ネットワークを介してデータを送受信するための通信制御装置１７を有していてもよい。
【００２０】
処理装置１０は、記録媒体１３に記録されたプログラムにしたがって以下に記載する数値予報工程、物理的相関係数算出工程、物理的相関距離算出工程、変形半径算出工程、及び計測間隔決定工程をそれぞれ実行する。なお、記録媒体１３は、磁気ディスク、半導体メモリ、光ディスクあるいはその他の記録媒体であってもよい。また、処理装置１０にはインターネット等のネットワークを介した通信を制御するインタフェースである通信制御装置を備えていてもよい。
【００２１】
次に本発明の海洋環境計測間隔決定方法の手順について図２を用いて説明する。
【００２２】
本発明の海洋環境計測間隔決定方法では、まず、数値予報工程として、周知の「Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ　Ｏｃｅａｎ　Ｍｏｄｅｌ」あるいは「Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｏｃｅａｎ　Ｍｏｄｅｌ」等の数値海洋モデルを用いて、予報対象海域の水温、塩分、流速等の海洋環境データを、３次元空間で、かつ任意の時間間隔でそれぞれ算出する。そして、予め予報対象海域に設定した３次元格子上に、それらの算出結果を予報格子データとして配置する（ステップＳ１）。
【００２３】
数値海洋モデルは、回転する地球上の海水の運動方程式、質量保存式、熱量保存式、塩分保存式等を用いて数値的に算出されたものであり、詳細は、例えば、“Ｍｅｌｌｏｒ，　Ｇ．　Ｌ．，　Ｕｓｅｒｓ　ｇｕｉｄｅ　ｆｏｒ　ａ　ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ，　ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎ，　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｏｃｅａｎ　ｍｏｄｅｌ　（Ｊｕｌｙ　１９９８　ｖｅｒｓｉｏｎ），　４１　ｐｐ．，　Ｐｒｏｇ．　ｉｎ　Ａｔｍｏｓ．　ａｎｄＯｃｅａｎ．　Ｓｃｉ，　Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　１９９８．”、あるいは下記ホームページ上で開示されている。
【００２４】
１．Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ　Ｏｃｅａｎ　Ｍｏｄｅｌ
ＨＹＰＥＲＬＩＮＫ　”ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｏｓ．ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ．ｅｄｕ／ＷＷＷＰＵＢＬＩＣ／ｈｔｄｏｃｓ．ｐｏｍ／”　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｏｓ．ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ．ｅｄｕ／ＷＷＷＰＵＢＬＩＣ／ｈｔｄｏｃｓ．ｐｏｍ／
２．Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｏｃｅａｎ　Ｍｏｄｅｌ
ＨＹＰＥＲＬＩＮＫ　”ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｆｄｌ．ｇｏｖ／￣ｓｍｇ／ＭＯＭ／ＭＯＭ．ｈｔｍｌ”　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｆｄｌ．ｇｏｖ／￣ｓｍｇ／ＭＯＭ／ＭＯＭ．ｈｔｍｌ
次に、物理的相関係数算出工程として、数値海洋モデルに基づいて算出された予報格子データについて、例えば各交点とその近傍の点との相互相関係数を物理的相関係数として算出する（ステップＳ２）。
【００２５】
本実施形態では、上記数値予報工程で算出された予報格子データについて、任意のｉ点と、その近傍ｊ点との物理的相関係数を下記式（１）を用いて算出する。
【００２６】
【数１】
2004028616.tif 000003
【００２７】
ここで、ｒｉｊは物理的相関係数、Ｓｉ、Ｓｊは、ｉ点及びｊ点における海洋環境の予報格子データ、Ｅはアンサンブル平均を表す。
【００２８】
この処理を予報対象海域内に設定した全ての格子について算出し、式（２）で示すように、点ｉとの距離ｘｊにおける平均値を算出し、これを点ｉにおける距離ｘの関数ｒｉ（ｘ）とする。
【００２９】
【数２】
2004028616.tif 000004
【００３０】
ここで、Ｎは点ｉに対して距離Ｘｊだけ離れている点の数を示している。
【００３１】
続いて、物理的相関距離算出工程として、物理的相関係数算出工程で算出された物理的相関係数ｒｉ（ｘ）をガウス型の相関係数分布と仮定することにより、物理的相関距離を算出する（ステップＳ３）。
【００３２】
具体的には、物理的相関係数算出工程で算出された物理的相関係数ｒｉ（ｘ）を下記式（３）の仮定のもとに、物理的相関距離ｌｉを算出する。
【００３３】
【数３】
2004028616.tif 000005
【００３４】
ここで、仮定するｒｉ（ｘ）の関数形はガウス型に限定されるものではなく任意であるが、種々の分野で使用されるものであり、自然界においてよく見られる関数形を用いる（例えば、“Ｊｃｏｂｓ，　Ｇ．Ａ．，　Ｈ．　Ｔ．　Ｐｅｒｋｉｎｓ，　Ｗ．　Ｊ．Ｔｅａｇｕｅ，　ａｎｄ　Ｐ．　Ｊ．　Ｈｏｇａｎ，　Ｓｕｍｍｅｒ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｓｕｓｈｉｍａ−Ｋｏｒｅａ　Ｓｔｒａｉｔ，　Ｊ．　Ｇｅｏｐｈｙｓ．　Ｒｅｓ．，　１０６，　６９１７−６９２９，　２００１．”）。
【００３５】
一方、上記物理的相関距離の算出工程とは別に、変形半径算出工程として、予報対象となる海域の水深、コリオリパラメータ、及び重力加速度に基づいてロスビーの変形半径を算出する（ステップＳ４）。
【００３６】
ロスビーの変形半径は、海洋に発生する擾乱が影響を及ぼす範囲を示し、海洋の特徴的な水平スケールを表す物理量として知られている（宇野木早苗・久保田雅久，「海洋の波と流れの科学」，５０−５１頁，東海大学出版会，１９９６等）。
【００３７】
本実施形態では、各点ｉにおけるロスビーの変形半径を下記式（４）を用いて算出し、２次元平面に表示する。
【００３８】
【数４】
2004028616.tif 000006
【００３９】
ここで、λＲｉは点ｉにおけるロスビーの変形半径、ｇは重力加速度、ｈｉは点ｉにおける水深、ｆｉは点ｉにおけるコリオリパラメータを示している。
【００４０】
最後に、計測間隔決定工程として、物理的相関距離算出工程で算出した物理的相関距離ｌｉと変形半径算出工程で算出したロスビーの変形半径λＲｉとを比較し、物理特性の空間的な変化を取りこぼさないように、より小さい方の値を最適な海洋環境計測間隔として決定する（ステップＳ５）。
【００４１】
したがって、本発明の海洋環境計測間隔決定方法によれば、データ同化処理のためのデータ収集の際に、数値海洋モデルによる物理量の予測結果に基づいて海域毎に異なる物理的な特徴を反映した計測間隔を求めることが可能となる。そのため、例えば、観測機器の最大敷設間隔や最大敷設個数の指針を与えることが可能となり、データ同化処理に必要な観測データを効率的に得ることができる。
【００４２】
なお、上記説明では、コンピュータによって各工程を処理する例を示したが、例えば、上記各工程を実行する、ＤＳＰ等のＬＳＩから成る数値予報部、物理的相関係数算出部、物理的相関距離算出部、変形半径算出部、計測間隔決定部、データを入力するための入力部、及び処理結果を表示する表示部を有する構成であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００４４】
数値海洋モデルに基づいて予報対象となる海洋環境に関する物理的相関係数を算出し、この算出値を利用してガウス型相関係数分布を仮定することにより物理的相関距離を算出する。
【００４５】
一方で、測定対象となる海域の水深、コリオリパラメータ、重力加速度等の特性に基づいて海洋に発生する擾乱が影響を及ぼす範囲であるロスビーの変形半径を算出する。
【００４６】
これら数値海洋モデルによる物理量の予測結果、あるいはロスビーの変形半径の算出結果を計測間隔とすることで、海域毎に異なる物理的な特徴を反映した計測間隔を求めることが可能となる。
【００４７】
あるいは相関距離とロスビーの変形半径の大小関係を比較し、より小さい方を選択することにより、最適な海洋環境計測間隔を提示することが可能になる。
【００４８】
そのため、例えば、観測機器の最大敷設間隔や最大敷設個数の指針を与えることが可能となり、データ同化処理に必要な観測データを効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の海洋環境計測間隔決定装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の海洋環境計測間隔決定方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０　　処理装置
１１　　ＣＰＵ
１２　　主記憶装置
１３　　記録媒体
１４　　データ蓄積装置
１５　　メモリ制御インタフェース部
１６　　Ｉ／Ｏインタフェース部
１７　　通信制御装置
１８　　バス
２０　　入力装置
３０　　出力装置
【図１】
2004028616.tif 000007
【図２】
2004028616.tif 000008