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日本近海の波と風データベースの構築
海上安全研究領域＊辻本勝、石田茂資

１．はじめにそこで、10 年間にわたる波浪推算値を基に、詳海洋の波と風については、船舶の安全性や経済細な海域区分により海象評価が行えるよう、日本性、環境影響の評価の観点から、従来よりデータ

近海の波と風データベースを構築し、インターネの収集、統計情報のデータベース化が行われてきット版及び詳細版を公開 1) した（図－１）。

た。そして、運航海域における海象評価だけでなく、船体応答を考慮した耐航性能、波浪荷重の長２．データベースの概要

期予測等を通じ、設計、運航への反映が行われて日本近海の波と風データベースは波浪推算値を基に、発現頻度表の形でデータベース化したものきた。
これまでの海象データベースは、データが主にである。

船舶通報に依存していたこともあり、観測精度の波浪推算値は、1 日 2 回気象庁より 6 分格子間問題の他、主要航路に観測が偏重している影響、

隔 で 配 信 さ れ る 日 本 沿 岸 波 浪 GPV（ Grid Point

荒天避航の影響が存在する。そして、海域区分はValue）を基に、（財）日本気象協会が地形による十分なデータ数を確保するためにかなり広いもの遮蔽と局所的な風波を加味し、緯度・経度 2 分格となっている。

子間隔に内挿したものである。

一方、波浪推算については、近年精度が向上し、この波浪推算データは有義波高 H 、有義波周期

また、1994 年 2 月以降気象庁数値データが入手可

T 、卓越波向 χ 、平均風速 Vw 、平均風向 γ から構能となった。さらにデータ間隔が均等であり、時成されており、領域は北緯 20～50 度、東経 120～間的、空間的な解像度も高いことから、利用し易150 度で、図－１の白抜き部をカバーしている。

いデータとなっている。

期間は 1994 年 2 月 1 日～2004 年 1 月 31 日（10T‑年間、12 時間間隔）である。波浪二．．．．ぶ：ニエ・厘
三：5→,＾可し呻鉗枷螂四瓜

OT^T̀
:
9．
.
推算値の精度は、有義波高の 12 時.
. 間先予測値で 0.885～0.912 であることが報告されている 2) 。

日

この波浪推算値を基に、緯度・経.
:
Jr.
.
.
.
..
.

•S•“”
r°
「―「―.^螂度 0.5 度間隔、月別に解析を行い、Fum匹 Ci」叫..,讐量

統計データベースを作成した。

SE•9C￨=..:lIl

本データベースでは H 、 T 、 χ 、

91=
心AOOUST区

OELETEUST

血Vw 、γ の 5 要素から 2 要素を選んだ

発現頻度表が利用できるだけで な,.

IX̀

＂煩品"

く、H − T − χ の同時発現頻度表が利用できることが特徴である。発現頻度表における波と風の各要素の 区に・ •4＼四ュ／1̀図－１

日本近海の波と風データベース>I分は、H ：0.5m、T ：1.0s、χ ：30deg.、
Vw ：2.5m/s、 γ ：30deg.としている。

３．統計的性質
３．１

３．２

海象の平均的傾向と荒れた状態の傾向

発現確率と基本統計量

実海域では様々な海象に遭遇するが、その発現最初に海象の平均的傾向を調べるため、有義波

確率により、海域の統計的性質を表現することが高の通年平均値の等値線を作成した（図－２）。

できる。また、発現確率と船体応答から、船体応房総半島東方沖で有義波高が大きくなり 2.5m 程答の長期予測が行われる。

度、日本海側では津軽海峡西部に有義波高 1.75m

航行距離と方角がほぼ等しい東京－釧路（往復）、舞鶴－小樽（往復）航路（図－４）を、それぞれ程度のピークが存在することが分かる。
次に、荒れた海象状態の傾向を調べるため、(1)-2

太平洋側、日本海側の例に選び、航路に沿った海式に示す超過確率 Q を用いて、Q =10 での有義波象の発現確率と基本統計量（平均値、最頻値）を高の等値線を作成した（図－３）。

求めた。

Q( x) = 1 −x∫−∞ p(t )dt

東京－釧路航路の出会波向 χ r の発現確率 p( χ r )(1)

を図－５に、χ r に関する H と T の条件付き同時発

これより、日本海側では等値線形状は平均的傾向

現確率 p( H , T | χ r ) を図－６に示す。ここで、出会とほぼ同様であるが、太平洋側では異なること、

波向 χ r は船の方位に対する波の進行方向で、0deg.

-2を船首方向（向波）としている。なお、往復航行台風の多い沖縄南東沖海域が荒れやすく、Q =10となる有義波高は 6m程度であることが分かる。のため、発現確率は 180 度対称となり、図－６ではその部分を省略している。

50

図－５と６から、東京－釧路航路では向波、追45[m]波となる確率が他より低いが、向波、追波で有義波高が最大となる海象が生じていることが分かる。

40m‑353︱︱とP‑

次に、東京－釧路航路、舞鶴－小樽航路の H 、T 、 Vw の通年平均値、最頻値をそれぞれ表－１、表－２に示す。これらから、日本海側は太平洋側
30に比べ H 、 T 、 Vw の通年平均値、最頻値のいずれも小さいことが分かる。 Vw に比べて H と T の差が大きいのは、外洋からのうねりの影響と考え29'

209, 1 ,•

125、,l, 、、, 1, 9 9 , 1 , 9 9, 1 , 9

130135Longitude

140145●150

られる。
50N

図－２

有義波高の平均値（通年）5045小樽
釧路

40r
1533p
己‑︱40N302%。 125

舞鶴

130135140145150

140El.
ongitude図－３ 超過確率 10 -2 での有義波高の等値線（通年）

東京

図－４

東京－釧路、舞鶴－小樽 航路

FORE

沿った海象の統計的性質を調べるために解析を行‰

表－１PORT

項目H
T
Vw

S.B.

[deg.]
AFT

図－５ 出会波向発現確率 p( χ r ) （東京－釧路）
30[deg.]0[deg.]

60[deg.]151515101010

表－２

平均値と最頻値（東京－釧路：通年）
平均値 最頻値 最頻値出会方向
1.76m
2.0m
斜向波・斜追波
6.70s
6.5s
6.96m/s 6.75m/s 斜向風・斜追風
平均値と最頻値（舞鶴－小樽：通年）

IElエ[Elエ[Elエ口項目HTVw

平均値 最頻値 最頻値出会方向
1.48m
1.5m
向波・追波
5.61s
5.5s
向風・追風
6.56m/s 6.25m/s

った。

解析には 10 年分の年間最大値の全数極 値資料を用い、合田 4) に従いFisher Tippet I (FT-I)型分布（(4)式）、Weibull分布（形状母数 k =0.75、1.0、 1.4、2.0：(5)式）から最良近似となる分布を最小 2 乗法

0~0510T[S)15510T[s]90[deg.]oL15010T[s]15150[deg.]

120[deg.]15により推定した。
51515直事乍鴫 亘⎧⎛ x − B ⎞⎫P ( x ) = exp ⎨− exp ⎜ −⎬A ⎟⎠ ⎭⎝⎩(4)⎧⎪ ( x − B ) k ⎫⎪P ( x) = 1 − exp ⎨−⎬A ⎭⎪⎩⎪(5)

ここで、 A は尺度母数、 B は位置母数である。

工国髯〗 エ 閂躙 エ

標本のプロッティングポジションを定める非超5過確率 Pm は、FT-I 型分布に対しては Gringorten 公式（(6)式）、Weibull 分布に対しては Petruaska &0~0510T[s)15oじ0510T(s)

510T
[s]

15Aagaard 公式を修正した合田の式（(7)式）を用いた。
Pm = 1 −図－６

出会波向別の有義波高－有義波周期の同時発現確率 p( H , T | χ r ) （東京－釧路）

３．３

極値統計解析による長期分布推定

長期に亘る海象の極大値の推定は、海象の示すm − 0.44
N + 0.12(6)⎛0.27 ⎞m − ⎜ 0.20 +⎟k ⎠⎝Pm = 1 −0.23
N + 0.20 +k£—~(7)

極大値が従う長期分布を仮定して、再現期間に対ここで、 m は標本を降羃に並べたときの順位、 Nする再現値を求めることにより行われる。前節とは極大値の総数である。

同じく東京－釧路航路、舞鶴－小樽航路に対し極値統計解析を行った。ただし、海洋構造物と異なまた、母集団が未知であることに起因する偏り修正も行った。

り、船舶は荒天域を避けることが可能であり、実これら標本パラメータと推定した分布パラメー

際にはこのような海象には遭遇しないが、航路にタを表－３に示す。ここで x 、 s は標本の平均値

及び標準偏差、 k 、 Â 、 B̂ は推定した形状母数、
表－３ 標本及び最適分布パラメータ

＼有義波高

航路項目

いことが分かった。
H [m]25

東京－釧路

舞鶴－小樽

x8.73m

7.37m

s

1.82m

0.75m

最適分布形状FT-I

Weibullk-

1.0Â

1.51m

0.82m

B̂

7.91m

6.55m

r

0.985

0.988

IIIIIIIIIIIIIIIIIIll

20

10

II I

．

51

東京－釧路

期間

HRσ (H R )HRσ (H R )

10 年

11.9m

1.7m

8.5m

0.8m

20 年

13.2m

2.3m

9.1m

1.1m

30 年

13.9m

2.7m

9.5m

1.3m

50 年

14.8m

3.3m

9.9m

1.6m

100 年

16.1m

4.1m

10.6m

2.0m

舞鶴－小樽

図－７10
R [year]

再現期間と確率波高（東京－釧路）

H [m]252015mean with bias correction
σ limit
data measured
II I
II I
II I

尺度母数及び位置母数、 r は相関係数である。

5I
II

表－４に再現期間 R 、 有義波高の再現値（確率波高） H R 及び標準誤差 σ ( H R ) を示し、分布形状

010と標準誤差の幅を航路別に図－７、図－８に示す。
図－８

II
II
II

I
I
I
I

I
I
I

I II III II III I
̲J,I
ー1レー→I
I
I
I
I
I

I
I
I
I
I
I‑

三II I

10

これらから、太平洋側航路は日本海側航路に比べ、

210●︳ー再現I

mean with bias correction
σ limit
data measured

10

再現期間と確率波高I
I I II IIII
I I II IIIII I II IIIII I II IIII
I I I I l~>f
Il l J.4 lll―II I
II キ II一I̲,'I I I I III
一―＿一
̲‑乙150

表－４II
I
IIIIIIlIIIII

1

10l l llI II IIII II II II II II I
111111111111111111210
R [year]

再現期間と確率波高（舞鶴－小樽）

確率波高が約 1.5 倍大きく、推定の標準誤差は約2 倍大きいことが分かる。

また、東京－釧路、舞鶴－小樽航路を選び、航また、有義波高の年間最大値の発生時期と海域路に沿った海象の発現確率、基本統計量、極値統を調べると、東京－釧路航路では、秋季の房総半計解析による確率波高を求めた。その結果、太平島沖で生じることが多く、舞鶴－小樽航路では冬洋側と日本海側では海象の統計的性質が異なり、季の津軽海峡西部で生じることが多い。

有義波高は太平洋側が日本海側に比べ大きいこと、極値統計解析による確率波高の標準誤差も太４．まとめ

平洋側が大きいことを定量的に示した。

日本近海の波と風の統計的性質の情報を提供するデータベースを構築し、公開した。

参考文献

このデータベースを利用して、有義波高の平均

1) http://www.nmri.go.jp/wwjapan/namikaze_main.html

値及び超過確率 10 -2 での等値線図を示した。これ

2) 日本気象協会:沿岸局地波浪予測手法の研究開から、房総半島東方で平均的に有義波高が大きく、発報告書, 平成 6 年度事業, 1995.

日本海側では津軽海峡西部に有義波高のピークが3) 合田良実:極値統計におけるプロッティング公存在すること、また、沖縄南東沖海域が荒れやす

式ならびに推定値の信頼区間に関する数値的検討, 港湾技研報告, 第 27 巻第 1 号, 1988.