(57)【要約】【課題】  必要な精度の方向スペクトル客観解析値を迅速に得る。【解決手段】  分解能統一化装置（１４、１６）が、方向スペクトル推定装置（１０）による方向スペクトル推定値、及び方向スペクトル解析装置（１２）による方向スペクル解析値の分解能を統一する。誤差解析装置（２２）が、推定値と解析値の誤差を複数の分解能に対して解析して、誤差が最小になる適正分解能を決定する。地点間相関演算装置（３２）が、適正分解能の推定値と解析値の地点間相関から重み係数を決定する。実運用時、分解能調整装置（４４、４６）は、解析対象時刻の方向スペクトル推定値、及び解析対象時刻の方向スペクル解析値の分解能を適正分解能に調整する。修正装置（５２）は、重み係数の下で、分解能を修正された推定値を分解能を修正された推定値と解析値の差値により修正する。【選択図】  図１
2009294020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波浪モデルに基づき海上風の情報及び地形の情報から方向スペクトルを推定する方向スペクトル推定装置と、
波浪観測値から方向スペクトルを解析する方向スペクトル解析装置と、
過去の一定期間内の対象地域内で当該方向スペクトル推定装置により推定される方向スペクトル推定値、及び、当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で当該方向スペクトル解析装置により解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出し、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出する前処理装置と、
当該方向スペクトル推定装置により推定される解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値と、当該方向スペクトル解析装置により解析される当該解析対象時刻の当該対象地域内の地域の方向スペクトル解析値を、当該適正分解能に調整する分解能調整装置と、
当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル推定を、当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル解析値と当該重み係数により修正する修正装置
とを具備することを特徴とする方向スペクトル客観解析装置。
【請求項２】
当該前処理装置が、
当該方向スペクトル推定装置により推定される方向スペクトル推定値と、当該方向スペクトル解析装置により解析される方向スペクトル解析値との誤差を複数の分解能に対して解析し、当該誤差が最小になる適正分解能を決定する誤差解析装置と、
当該適正分解能の当該方向スペクトル推定値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算することにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出する地点間相関演算装置と、
当該重み係数を記憶する重み係数記憶装置
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の方向スペクトル客観解析装置。
【請求項３】
当該前処理装置が、
当該方向スペクトル推定装置による方向スペクトル推定値及び当該方向スペクトル解析装置による方向スペクトル解析値の分解能を統一化する分解能統一化装置と、
当該分解能統一化装置により統一化された方向スペクトル推定値と方向スペクトル解析値との誤差を複数の分解能に対して解析し、当該誤差が最小になる適正分解能を決定する誤差解析装置と、
当該適正分解能の当該方向スペクトル推定値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算することにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出する地点間相関演算装置と、
当該重み係数を記憶する重み係数記憶装置
とを具備することを特徴とする請求項１に記載の方向スペクトル客観解析装置。
【請求項４】
当該修正装置が、当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル推定装置による方向スペクル推定値に、所定地域範囲について、当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル推定装置による方向スペクル推定値と当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル解析装置による方向スペクトル解析値との差を当該重み係数の下で累積した結果を加算することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方向スペクトル客観解析装置。
【請求項５】
所定波浪モデルに基づき過去の一定期間内の対象地域内で推定される方向スペクトル推定値、及び当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出し、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出する前処理ステップと、
当該所定波浪モデルに基づき推定される、解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値を、当該解析対象時刻の波浪観測値から解析される当該対象地域に含まれる地域の当該解析対象時刻の方向スペクトル解析値と、当該重み係数により修正する実運用ステップ
とを具備する方向スペクトル客観解析方法。
【請求項６】
当該前処理ステップが、
当該所定波浪モデルに基づき、当該過去の一定期間内の海上風の情報及び地形の情報から当該対象地域内の方向スペクトルを推定する前処理時方向スペクトル推定ステップと、
当該過去の一定期間内の波浪観測値から、当該対象地域に含まれる地域の方向スペクトルを解析する前処理時方向スペクトル解析ステップと、
同じ地点上の当該前処理時方向スペクトル推定ステップの推定結果と当該前処理時方向スペクトル解析ステップの解析結果との誤差を複数の分解能に対して解析し、当該誤差が細小になる適正分解能を決定する誤差解析ステップと、
当該適正分解能の当該方向スペクトル初期値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算することにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出する地点間相関演算ステップと、
当該重み係数を記憶する重み係数記憶ステップ
とを具備することを特徴とする請求項５に記載の方向スペクトル客観解析方法。
【請求項７】
当該前処理ステップが、
当該所定波浪モデルに基づき、当該過去の一定期間内の海上風の情報及び地形の情報から当該対象地域内の方向スペクトルを推定する前処理時方向スペクトル推定ステップと、
当該過去の一定期間内の波浪観測値から、当該対象地域に含まれる地域の方向スペクトルを解析する前処理時方向スペクトル解析ステップと、
当該前処理時方向スペクトル推定ステップの推定結果及び当該前処理時方向スペクトル解析ステップの解析結果の分解能を統一化する分解能統一化ステップと、
当該分解能統一化ステップで分解能を統一化された当該前処理時方向スペクトル推定ステップの推定結果及び当該前処理時方向スペクトル解析ステップの解析結果をそれぞれ、方向スペクトル初期推定値及び方向スペクトル解析値として記憶する記憶ステップと、
同じ地点上の当該方向スペクトル初期推定値と当該方向スペクトル解析値との誤差を複数の分解能に対して解析し、当該誤差が細小になる適正分解能を決定する誤差解析ステップと、
当該適正分解能の当該方向スペクトル初期値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算することにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出する地点間相関演算ステップと、
当該重み係数を記憶する重み係数記憶ステップ
とを具備することを特徴とする請求項５に記載の方向スペクトル客観解析方法。
【請求項８】
当該実運用ステップが、
解析対象時刻の海上風の情報及び地形の情報から当該対象地域内の当該解析対象時刻の方向スペクトルを推定する実運用時方向スペクトル推定ステップと、
当該解析対象時刻の波浪観測値から、当該対象地域に含まれる地域の当該解析対象時刻の方向スペクトルを解析する実運用時方向スペクトル解析ステップと、
当該実運用方向スペクトル推定ステップの推定結果及び当該実運用方向スペクトル解析ステップの解析結果の分解能を、当該適正分解能に調整する分解能調整ステップと、
当該分解能調整ステップで調整された当該実運用時方向スペクトル推定ステップの推定結果を、当該実運用時方向スペクトル解析ステップの解析結果と当該重み係数により修正する修正ステップ
とを具備することを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の方向スペクトル客観解析方法。
【請求項９】
当該修正ステップが、当該分解能調整ステップで調整された当該実運用時方向スペクトル推定ステップの推定結果に、所定地域範囲について、当該分解能調整ステップで調整された当該実運用時方向スペクトル推定ステップの推定結果と当該実運用時方向スペクトル解析ステップの解析結果との差を当該重み係数の下で累積した結果を加算することを特徴とする請求項８に記載の方向スペクトル客観解析方法。
【請求項１０】
コンピュータシステムに、所定波浪モデルに基づき海上風の情報及び地形の情報から方向スペクトルを推定させる方向スペクトル推定機能と、
当該コンピュータシステムに、波浪観測値から方向スペクトルを解析させる方向スペクトル解析機能と、
当該コンピュータシステムに、過去の一定期間内の対象地域内で当該方向スペクトル推定機能により推定される方向スペクトル推定値、及び、当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で当該方向スペクトル解析機能により解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出させ、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出させる前処理機能と、
当該コンピュータシステムに、当該方向スペクトル推定機能により推定される解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値と、当該方向スペクトル解析機能により解析される当該解析対象時刻の当該対象地域内の地域の方向スペクトル解析値を、当該適正分解能に調整させる分解能調整機能と、
当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル推定を、当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル解析値と当該重み係数により修正する修正機能
とを具備することを特徴とする方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１１】
当該前処理機能が、
当該コンピュータシステムに、当該方向スペクトル推定機能により推定される方向スペクトル推定値と、当該方向スペクトル解析機能により解析される方向スペクトル解析値との誤差を複数の分解能に対して解析し、当該誤差が最小になる適正分解能を決定する誤差解析機能と、
当該コンピュータシステムに、当該適正分解能の当該方向スペクトル推定値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算させ、これにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出させる地点間相関演算機能と、
とを具備することを特徴とする請求項１０に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１２】
当該前処理機能が、
当該コンピュータシステムに、当該方向スペクトル推定機能による方向スペクトル推定値及び当該方向スペクトル解析機能による方向スペクトル解析値の分解能を統一化させる分解能統一化機能と、
当該コンピュータシステムに、当該分解能統一化機能により統一化された方向スペクトル推定値と方向スペクトル解析値との誤差を複数の分解能に対して解析させ、当該誤差が最小になる適正分解能を決定させる誤差解析機能と、
当該コンピュータシステムに、当該適正分解能の当該方向スペクトル推定値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算させ、これにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出させる地点間相関演算機能
とを具備することを特徴とする請求項１０に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１３】
当該修正機能が、当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル推定機能による方向スペクル推定値に、所定地域範囲について、当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル推定機能による方向スペクル推定値と当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル解析機能による方向スペクトル解析値との差を当該重み係数の下で累積した結果を加算することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１４】
コンピュータシステムに、所定波浪モデルに基づき過去の一定期間内の対象地域内で推定される方向スペクトル推定値、及び当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出させ、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出させる前処理機能と、
当該コンピュータシステムに、当該所定波浪モデルに基づき推定される、解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値を、当該解析対象時刻の波浪観測値から解析される当該対象地域に含まれる地域の当該解析対象時刻の方向スペクトル解析値と、当該重み係数により修正させる実運用機能
とを具備する方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１５】
当該前処理機能が、
当該コンピュータシステムに、当該所定波浪モデルに基づき、当該過去の一定期間内の海上風の情報及び地形の情報から当該対象地域内の方向スペクトルを推定させる前処理時方向スペクトル推定機能と、
当該コンピュータシステムに、当該過去の一定期間内の波浪観測値から、当該対象地域に含まれる地域の方向スペクトルを解析させる前処理時方向スペクトル解析機能と、
当該コンピュータシステムに、同じ地点上の当該前処理時方向スペクトル推定機能の推定結果と当該前処理時方向スペクトル解析機能の解析結果との誤差を複数の分解能に対して解析させ、当該誤差が細小になる適正分解能を決定させる誤差解析機能と、
当該コンピュータシステムに、当該適正分解能の当該方向スペクトル初期値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算させ、これにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出させる地点間相関演算機能
とを具備することを特徴とする請求項１４に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１６】
当該前処理機能が、
当該コンピュータシステムに、当該所定波浪モデルに基づき、当該過去の一定期間内の海上風の情報及び地形の情報から当該対象地域内の方向スペクトルを推定させる前処理時方向スペクトル推定機能と、
当該コンピュータシステムに、当該過去の一定期間内の波浪観測値から、当該対象地域に含まれる地域の方向スペクトルを解析させる前処理時方向スペクトル解析機能と、
当該コンピュータシステムに、当該前処理時方向スペクトル推定機能の推定結果及び当該前処理時方向スペクトル解析機能の解析結果の分解能を統一化させ、分解能を統一化された当該前処理時方向スペクトル推定機能の推定結果及び当該前処理時方向スペクトル解析機能の解析結果をそれぞれ、方向スペクトル初期推定値及び方向スペクトル解析値として記憶させる分解能統一化機能と、
当該コンピュータシステムに、同じ地点上の当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との誤差を複数の分解能に対して解析させ、当該誤差が細小になる適正分解能を決定させる誤差解析機能と、
当該適正分解能の当該方向スペクトル推定値及び当該適正分解能の当該方向スペクトル解析値との地点間相関を演算させ、これにより、方向スペクトル推定値を方向スペクトル解析値により修正する際の重み係数を算出させる地点間相関演算機能
とを具備することを特徴とする請求項１４に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１７】
当該実運用機能が、
当該コンピュータシステムに、解析対象時刻の海上風の情報及び地形の情報から当該対象地域内の当該解析対象時刻の方向スペクトルを推定させる実運用時方向スペクトル推定機能と、
当該コンピュータシステムに、当該解析対象時刻の波浪観測値から、当該対象地域に含まれる地域の当該解析対象時刻の方向スペクトルを解析させる実運用時方向スペクトル解析機能と、
当該コンピュータシステムに、当該実運用方向スペクトル推定機能の推定結果及び当該実運用方向スペクトル解析機能の解析結果の分解能を、当該適正分解能に調整させる分解能調整機能と、
当該コンピュータシステムに、当該分解能調整機能で調整された当該実運用時方向スペクトル推定ステップの推定結果を、当該実運用時方向スペクトル解析機能の解析結果と当該重み係数により修正させる修正機能
とを具備することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【請求項１８】
当該修正機能が、当該分解能調整ステップで調整された当該実運用時方向スペクトル推定機能の推定結果に、所定地域範囲について、当該分解能調整機能で調整された当該実運用時方向スペクトル推定機能の推定結果と当該実運用時方向スペクトル解析機能の解析結果との差を当該重み係数の下で累積した結果を加算することを特徴とする請求項１７に記載の方向スペクトル客観解析プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波浪の方向スペクトルを客観解析する装置、方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海岸・港湾の安全管理や設計波算定等において，波浪観測が行われていない地点でも正確な波浪情報が必要とされている。波浪観測が行われていない任意の地点を対象として，波浪予測値と波浪観測値（全国港湾海洋波浪情報網（ＮＯＷＰＨＡＳ）及び気象庁沿岸波浪観測値）の両方を用いて、実況推定および予報値の修正を行い、先にリアルタイムで作成した実況推定値を、１２時間後の予測更新時により確かな波浪情搬に更新して、これを客観解析値としてデータベースに追加するシステムが、提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、観測点の将来の波浪状況及び非観測点の波浪状況は、通常、波浪推算により予測するか、観測点の観測データから推測することになる。過去の所定時間の間の時系列の観測結果をスペクトル解析し、その解析結果から近未来の波高等を推測する技術が、特許文献２、３，４に記載されている。また、波浪推算による予測と観測値とを組み合わせる方法が、非特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００８−１０７２３７号公報
【特許文献２】特開平０３−０５００８９号公報
【特許文献３】特開２００５−３０６１８８号公報
【特許文献４】特開２００４−３３８５８０号公報
【非特許文献１】松浦邦明、西村修一、木村克俊、岡田弘三、窪田和彦、本橋昌志「データ同化によるリアルタイム波浪推定と海岸道路管理への利用の検討」、海洋開発論文集、第２３巻、ｐｐ．１１２３−１１２８、２００７年７月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
日本沿岸の波浪推算精度は、波高の場合、回帰式の勾配（回帰係数）が０．８〜１．２程度、相関係数が０．７〜０．９程度である。特許文献１に記載の技術により、波浪観測を実施していない地点においても、その周辺海域の観測値を同化することで、回帰係数の勾配はほぼ１に近づき、また相関係数も０．１程度に向上し、有義波諸元の高精度な客観解析値を求めることが可能になった。しかし、方向スペクトルについては未だ観測値と精度よく一致しないのが現状である。
【０００５】
沖合人工島等の建設や、港の大水深化により、波浪が十分に屈折せずに多方向性を有したまま護岸に来襲することがある。このような状況に対し、観測を行っていない地点で、高精度で効率的に方向スペクトルを推定する技術が必要となる。
【０００６】
本発明は、方向スペクトルについても高精度な推定を可能にする方向スペクトル客観解析装置、方法及びプログラムを提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る方向スペクトル客観解析装置は、所定波浪モデルに基づき海上風の情報及び地形の情報から方向スペクトルを推定する方向スペクトル推定装置と、波浪観測値から方向スペクトルを解析する方向スペクトル解析装置と、過去の一定期間内の対象地域内で当該方向スペクトル推定装置により推定される方向スペクトル推定値、及び、当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で当該方向スペクトル解析装置により解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出し、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出する前処理装置と、当該方向スペクトル推定装置により推定される解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値と、当該方向スペクトル解析装置により解析される当該解析対象時刻の当該対象地域内の地域の方向スペクトル解析値を、当該適正分解能に調整する分解能調整装置と、当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル推定を、当該分解能調整装置で調整された当該方向スペクトル解析値と当該重み係数により修正する修正装置とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る方向スペクトル客観解析方法は、所定波浪モデルに基づき過去の一定期間内の対象地域内で推定される方向スペクトル推定値、及び当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出し、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出する前処理ステップと、当該所定波浪モデルに基づき推定される、解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値を、当該解析対象時刻の波浪観測値から解析される当該対象地域に含まれる地域の当該解析対象時刻の方向スペクトル解析値と、当該重み係数により修正する実運用ステップとを具備する。
【０００９】
本発明に係る方向スペクトル客観解析プログラムは、コンピュータシステムに、所定波浪モデルに基づき海上風の情報及び地形の情報から方向スペクトルを推定させる方向スペクトル推定機能と、当該コンピュータシステムに、波浪観測値から方向スペクトルを解析させる方向スペクトル解析機能と、当該コンピュータシステムに、過去の一定期間内の対象地域内で当該方向スペクトル推定機能により推定される方向スペクトル推定値、及び、当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で当該方向スペクトル解析機能により解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出させ、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出させる前処理機能と、当該コンピュータシステムに、当該方向スペクトル推定機能により推定される解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値と、当該方向スペクトル解析機能により解析される当該解析対象時刻の当該対象地域内の地域の方向スペクトル解析値を、当該適正分解能に調整させる分解能調整機能と、当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル推定を、当該分解能調整機能で調整された当該方向スペクトル解析値と当該重み係数により修正する修正機能とを具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る方向スペクトル客観解析プログラムは、コンピュータシステムに、所定波浪モデルに基づき過去の一定期間内の対象地域内で推定される方向スペクトル推定値、及び当該過去の一定期間内の波浪観測値に基づき当該対象地域内で解析される方向スペクトル解析値から、当該方向スペクトル推定値と当該方向スペクトル解析値との間の誤差が最小になる適正分解能を算出させ、当該適正分解能における地点間相関から所定の重み係数を算出させる前処理機能と、当該コンピュータシステムに、当該所定波浪モデルに基づき推定される、解析対象時刻の対象地域の方向スペクトル推定値を、当該解析対象時刻の波浪観測値から解析される当該対象地域に含まれる地域の当該解析対象時刻の方向スペクトル解析値と、当該重み係数により修正させる実運用機能とを具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、必要な精度の方向スペクトル客観解析値を迅速に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施例の概略構成図を示す。本実施例の主要の機能は、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムにより実現される。
【００１４】
本実施例は、機能的には、前処理部分と実運用部分に分けることができ、前処理部分では、方向スペクトル初期推定値を修正する重み係数を決定する。実運用部分では、前処理部分で決定された重み係数を使って、解析対象時刻の方向スペクトルの初期推定値と観測値とから、方向スペクトルの客観解析値を決定する。
【００１５】
まず、前処理部分の機能と動作を説明する。前処理部分では、一定期間（例えば１年又は春夏秋冬の１季節等）内のシミュレーション結果と、限定された地域の同期間内の観測結果とから、シミュレーション結果を修正する重み係数を決定する。
【００１６】
方向スペクトル推定装置１０は、指定された波動モデルに従い、海上風の観測値（又は観測値に基づく計算値）と対象地域の海陸の地形（更には、水深データ）の情報とから波浪の方向スペクトルＳsimを推定（シミュレート）する。この推定は、一定期間（例えば１年又は春夏秋冬の１季節等）について、実行される。得られる方向スペクトルＳsimを方向スペクトル初期推定値と呼ぶ。この方向スペクトル初期推定値Ｓsimは、対象地域の水平面上の二次元座標を代表する格子点ｉ、時間ｔ、方位θ及び周波数fの関数であり、具体的には、波浪の方位と周波数に関して区分された各区画（又はバンド）のエネルギーを示すデータとして表現される。例えば、方位を３２個の区画に分割し、周波数に関しては、必要な周波数範囲内を２５乃至３５個程度の区画（周波数バンド）に分割する。各周波数バンドの幅又はサイズは、等しいとは限らない。
【００１７】
波浪モデルとして、例えば、ＷＡＭ（Wave Model）やＳＷＡＮ（Simulating Waves Nearshore）等の第３世代波浪モデルを利用できる。例えば、面的には、例えば２分（約３．５ｋｍ間隔）毎の地点に対し、時間的に連続した（例えば、１時間毎の）方向スペクトルＳsimを算出する。
【００１８】
他方、方向スペクトル解析装置１２は、方向スペクトル推定装置１０の推定対象地域の一部（現在のところ、十分に正確な観測値が得られているのは沿岸部分である）について、実際の波浪観測値（水位及び流速等）を使って、方向スペクトルを解析する。得られた方向スペクトルＳobjを方向スペクトル観測値と呼ぶ。本実施例では、方向スペクトル解析法として、拡張最大エントロピー原理法（ＥＭＥＰ：Extended Maximum entropy principle）を使用した。国土交通省港湾局のＮＯＷＰＨＡＳ（Nationwide Ocean Wave information network；全国港湾海洋波浪情報網）等で測定している水位と流速データをこのＥＭＥＰ法に適用し、解析対象地域の方向スペクトルＳobjを求めた。方向スペクトル解析装置１２により得られる方向スペクトル観測値Ｓobjも、方向スペクトル初期推定値Ｓsimと同様に、対象地域の水平面上の二次元座標を代表する格子点ｊ、時間ｔ、方位θ及び周波数fの関数であり、具体的には、波浪の方位と周波数に関して一定数に区分又はサンプリングされた各区分のエネルギーを示すデータとして表現される。
【００１９】
方向スペクトル推定装置１０により得られる方向スペクトル初期推定値Ｓsimと、方向スペクトル解析装置１２により得られる方向スペクトル観測値Ｓobjは、方位及び周波数の区画分割又は分解能が、一般的には異なるので、相互に対比することが難しい。そこで、方向スペクトル推定装置１０により得られる方向スペクトルＳsim、及び方向スペクトル解析装置１２により得られる方向スペクトルＳobjを互いに対比可能になるように、分解能統一化装置１４、１６が補間処理によりこれらの分解能及び方向・周波数帯（バンド）を一致させる。説明上，両方に分解能統一化装置１４、１６を設けたが、分解能統一化装置１４、１６の一方のみを用意すれば良いことがありうることは明らかである。
【００２０】
なお、時刻については、実質的に同じ時刻の方向スペクトル初期推定値Ｓsim及び方向スペクトル観測値Ｓobjの値を求めることは可能であるので、分解能統一化装置１４、１６による統一化処理は不要である。格子点については、装置１０で、十分に同じ格子点位置（ｉ＝ｊ）と看做せる位置の初期推定値を求めておけばよい。
【００２１】
分解能統一化処理装置１４、１６により分解能を統一化された方向スペクトルルＳsim，Ｓobjは、それぞれ、ハードディスク１８、２０に格納される。図示実施例では、分解能統一化装置１４、１６は、方向スペクトルＳsim，Ｓobjの方位の分解能をθｋ、周波数の分解能をｆｋに統一化している。分解能統一化装置１４による方位分解能θｋ、周波数分解能ｆｋの方向スペクトルＳsimを、添字ｋを付加してＳksimと表記する。分解能統一化装置１６による方位分解能θｋ及び周波数分解能ｆｋの方向スペクトルをＳkobsと表記する。実際の計算では、３２方位（θｋ＝３２）、２５周波数成分（ｆｋ＝２５）程度である。ハードディスク１８には、客観解析値を求めたい地域の一定期間（例えば、１年、春夏秋冬の１季節等）の方向スペクトル初期推定値Ｓksimが格納される。ハードディスク２０には、客観解析値を求めたい地域に含まれる地域（例えば、沿岸地域等）の同じ一定期間（例えば、１年、春夏秋冬の１季節等）の方向スペクトル観測値Ｓkobsが格納される。
【００２２】
方向スペクトル初期推定値Ｓksimを方向スペクトル観測値Ｓkobs（実際には、方向スペクトル初期推定値Ｓksimと方向スペクトル観測値Ｓkobsの差値）で補正するための重み係数を決定するにあたり、分解能（θｋ，ｆｋ）を維持したままでは、計算量が膨大になる。また、方向スペクトル推定装置１０の推定精度では、徒に高分解能な方向スペクトルを使っても意味がない。そこで、本実施例では、以下の手順で最適な分解能（θm，ｆm）をまず決定し、その最適分解能（θm，ｆm）の下で重み係数を決定することにした。
【００２３】
誤差解析装置２２は、分解能低減装置２４、２６と協働して、方向スペクトルの初期推定値Ｓsimの、方向スペクトル観測値Ｓobsからの誤差が最小になる分解能（区画数と区画サイズ）（θm，ｆm）を決定する。具体的には、分解能低減装置２４、２６は、誤差解析装置２２からの制御の下で、方向スペクトル初期推定値Ｓsimと方向スペクトル観測値Ｓobsの分解能を（θk，ｆk）から方位及び周波数について独立に、段階的に下げたデータを算出する。即ち、方位の区画数を、θk以下で０（全方位の平均）を超える範囲で変更し、周波数の区画数をｆk以下で０（直流から交流の全範囲の平均）を超える範囲で変更する。方位の区画数θkのままで、且つ、周波数区画数がｆkのままの場合、分解能低減装置２４、２６は、入力データをそのまま出力することになる。（θk，ｆk）の下限値を（０，０）でなく、より大きな値としてもよいことは明らかである。区画数のみでなく、区画サイズと区画数を同時に変更しても良いし、区画サイズのみを変更しても良い。
【００２４】
方向スペクトルの初期推定値Ｓsimと方向スペクトル観測値Ｓobsの分解能を低減する方法として、その方位又は周波数について、成分波をエネルギー合成することで分解能を低減してもよいし、低減した分解能に対して、合計値が変化しないという条件の下で適宜に値を内挿して配分しても良い。前者の場合、例えば、方位について、当初３２方位であるのを、１６方位、８方位、４方位というように合成する方法が考えられる。後者の場合、例えば、方位について、３２方位を、３１方位、３０方位、・・・というように１段（又は複数段）ずつ、分割数を下げていくことが考えられる。方位と周波数の分解能を独立に１段ずつ下げるとした場合、（θk−１）×（ｆk−１）の組み合わせ数が存在する。現在、波向情報が１６方位で表現されることが多いので、３２方位、１６方位又は８方位での検討が現実的であると考えられる。
【００２５】
周波数区画数をどのように段階的に低減するかは任意であり、また、特定の隣接する周波数成分を１つの成分に合成することで、周波数区画数を低減しても良い。いずれの場合も、エネルギーレベルが高くなる可能性がある周期１０秒前後の周波数成分を精度よく維持することが望ましい。例えば、周期１０秒前後の周波数成分を細かく維持しつつ、これ以外の周波数成分の解像度を粗くする。
【００２６】
誤差解析装置２２は、各分解能の組み合わせにおいて、分解能低減装置２４と同２６の出力データ間で、同地点、同時刻、同方位及び同周波数の誤差の自乗を、対象地域内及び一定期間内で累積する。即ち、方向スペクトル観測値Ｓobsを得られている地点について、誤差を評価することになる。
【００２７】
例えば、分解能（θａ，ｆｂ）の格子点ｐ、時刻ｔの方向スペクトルの初期推定値ＳsimをＳp,tsim（θａ，ｆｂ）と表記し、方向スペクトル観測値ＳobsをＳp,tobs（θａ，ｆｂ）と表記すると、下記式に従い、
【数１】
2009294020.tif 000003
方向スペクトル初期推定値Ｓsimの、方向スペクトル観測値Ｓobsからの誤差ＴＥを計算する。即ち、各方向スペクトル初期推定値について同一格子点及び同時刻の方向スペクトル観測値との差の自乗を計算し、この結果を、地域及び期間で累積加算する。
【００２８】
誤差解析装置２２は、各分解能で得られた誤差ＴＥを比較し、誤差ＴＥが最も小さくなる分解能（方位分解能θm，周波数分解能ｆm）を最適分解能として決定する。
【００２９】
ハードディスク２８は、分解能低減装置２４で計算された各分解能の組み合わせにおける推定対象地域の一定期間分の方向スペクトル初期推定値Ｓsimを一時記憶し、ハードディスク３０は、分解能低減装置２６で計算された各分解能の組み合わせにおける対象地域の一定期間分の観測方向スペクトル観測値Ｓobsを一時記憶する。誤差解析装置２２により決定された最適分解能（θm，ｆm）の方向スペクトル初期推定値Ｓmsim及び方向スペクトル観測値Ｓmobj以外のデータは、ハードディスク２８、３０から破棄して良い。勿論、ハードディスク２８、３０の空きに余裕があれば、方向スペクトル初期推定値Ｓmsim及び方向スペクトル観測値Ｓmobj以外のデータを残しても良い。
【００３０】
地点間相関演算装置３２は、ハードディスク２８に格納される分解能（θm，ｆm）の方向スペクトル初期推定値Ｓmsimと、ハードディスク３０に格納される分解能（θm，ｆm）の方向スペクトル観測値Ｓmobsの地点間相関を演算する。具体的には、方向スペクトル初期推定値Ｓmsimと方向スペクトル観測値Ｓmobsの差値（D値）ΔS＝Ｓmobs−Ｓmsimを、方位の成分毎及び周波数の成分毎に求める。対象地域内の観測地点数をnとすると、差値（D値）ΔSは、ｎＣ２通りの組み合わせが存在する。
【００３１】
地点間相関演算装置３２の動作を説明する。相関演算の前提として、波浪解析では、任意の点の方向スペクトルの客観解析値（観測点では、観測値）は、方向スペクトル初期推定値に予測誤差を加算したものとなる。予測誤差は、他の点の差値を一定の重み係数の下で累積加算した値として評価できる。一般的に、格子点ｇの客観解析値Ｓobj（g）は、
【数２】
2009294020.tif 000004
で与えられる。格子点ｉは観測点の何れかを示し、Σは、全観測点についての累積加算を示す。ΔＳ（ｉ）は各観測点ｉの予測誤差、いわゆるＤ値である。ｗｉ，ｇは、各観測点ｉの予測誤差が予測点ｇに及ぼす影響を定量的に示す重み係数である。σsimｇは、推定点ｇの予測誤差標準偏差であり、σsimｉは観測点ｉの予測誤差標準偏差である。ΔＳ（ｉ）は、
【数３】
2009294020.tif 000005
で与えられる。Ｓobs（ｉ）は観測点ｉの方向スペクトル観測値を示し、Ｓsim（ｉ）は、観測点ｉの方向スペクトル初期推定値を示す。
【００３２】
式（２）における重み係数ｗｉ，ｇを求めることで、実運用に際して、方向スペクトル初期推定値と方向スペクトル観測値とから、対象地域の任意格子点の客観解析値を高精度に求めることが可能である。地点間相関演算装置３０は、地点間相関演算により、この重み係数ｗｉ，ｇを算出する。
【００３３】
同じ海域の複数の観測点についての過去の一定期間の観測値と初期推定値から、次のようにして予測誤差の相関係数を求めることができる。
【００３４】
観測値の誤差をｅobs、推定値の誤差をｅsimとすると、メッシュ格子点ｉ及び推定点ｇにおける誤差は、下記式
【数４】
2009294020.tif 000006
で与えられる。但し、ｅobs（ｊ）は観測点ｊにおける観測値の誤差を示し、ｅsim（ｉ）はメッシュ格子点ｉの推定値の誤差を示し、ｅobs（ｇ）は推定点ｇにおける観測値の誤差を示す。Ｓtrueは真値を示す。
【００３５】
式（４）〜（６）の関係から、メッシュ格子点ｉ，ｊ，ｇの間で、誤差の相関係数μと誤差比λは、
【数５】
2009294020.tif 000007
と表すことができる。σobsは観測値の標準偏差、σsimは予測値の標準偏差である。この関係から、
【数６】
2009294020.tif 000008
が得られる。但し、Σは、観測点に関する累積加算を意味する。この式（１１）は、各推定点ｇについて、Ｎ個の地点の観測値からＮ個の重み係数ｗ１，ｇ〜ｗＮ，ｇを求めるＮ次元連立方程式である。
【００３６】
式（１１）の右辺は、ローレンツモデルを拡張したモデルにより、
【数７】
2009294020.tif 000009
で近似される。ｒｉ，ｇは２点ｉ，ｇ間の距離（ｋｍ）であり、ｂは誤差相関の及ぶ距離、即ち相関距離を決定する量である。ｒｉ，ｇ＝１／ｂ１／２で共分散が半分になる。ａは予測誤差分散を表すパラメータである。
【００３７】
式（１２）で得られるμｐｉ，ｇを式（１１）のＮ次元連立方程式に代入することで、重み係数ｗｊ，ｇを算出できる。地点間相関演算装置３２は、得られた重み係数ｗｊ，ｇを重み係数テーブル３４に格納する。これで、前処理が終了する。
【００３８】
実運用段階では、解析対象時刻の海上風の観測値（又は観測値に基づく計算値）と対象地域の海陸の地形（更には、水深データ）の情報を方向スペクトル推定装置４０に入力し、同じ解析対象時刻の波浪観測値（水位及び流速等）を方向スペクトル解析装置４２に入力する。方向スペクトル推定装置４０は、方向スペクトル推定装置１０と同じコンピュータプログラムからなり、同じ波浪モデルを採用する。方向スペクトル解析装置４２は、方向スペクトル解析装置１２と同じ解析手法を採用する同じコンピュータプログラムからなる。
【００３９】
分解能調整装置４４は、方向スペクトル推定装置４０により推定された方向スペクトル（初期推定値）を、誤差解析装置２２による誤差解析結果による最適分解能（θm，ｆm）に調整し、得られた方向スペクトル初期推定値Ｓmsimをハードディスク４８に格納する。また、分解能調整装置４６は、方向スペクトル解析装置４２により解析された方向スペクトル（観測値）を最適分解能（θm，ｆm）に調整し、得られた方向スペクトル観測値Ｓmobsをハードディスク５０に格納する。
【００４０】
補正装置５２は、式（２）、（３）に従い、初期推定値と観測値の誤差ΔＳに対して重み係数テーブル３２の重み係数ｗｊ，ｇを乗算し、客観解析値Ｓobjを算出する。
【００４１】
上記実施例では、理解を容易にするために、ハードディスク１８、２０、２８、３０、４８、５０を別のデバイスとして図示してあるが、物理的に同一のデバイスであっても、異なってもどちらでもよいことは明らかである。
【００４２】
このようにして、本実施例によれば、適切な分解能に事前に下げることで、精度の高い客観解析値を迅速に求めることができる。
【００４３】
単一のコンピュータ上のプログラムソフトウエアで動作するコンピュータプログラムとして実施例を説明したが、本実施例の一部の機能を別のコンピュータ上で実行させることができることは明らかである。すなわち、本発明におけるコンピュータシステムは、単一のコンピュータからなる場合と、複数のコンピュータが連係動作する場合とを含む。
【００４４】
特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：方向スペクトル推定装置
１２：方向スペクトル解析装置
１４、１６：分解能統一化装置
１８、２０：ハードディスク
２２：誤差解析装置
２４、２６：分解能低減装置
２８、３０：ハードディスク
３２：地点間相関演算装置
３４：重み係数テーブル
４０：方向スペクトル推定装置
４２：方向スペクトル解析装置
４４、４６：分解能調整装置
４８、５０：ハードディスク
５２：修正装置
【図１】
2009294020.tif 000010