沿岸術研究センター論文集 No.8（2008）

次世代カムインズの沖波予測手法の高度化
田中秀雄*・岡田弘三**・松浦邦明***・本橋昌志***** （財）沿岸技術研究センター

波浪情報部

主任研究員

** （財）沿岸技術研究センター

波浪情報部

業務第二課長***（財）気象協会首都圏支社

ソリューション部**** （財）気象協会首都圏支社

主任技師

ソリューション部

気象海象情報提供サービス（カムインズ）の予測精度向上を図るために，沖波予測手法の改良を行い，平成 21 年度より新しい沖波予測手法による情報提供を開始する予定である．本稿では，この予測手法の開発経過について報告する．
キーワード: カムインズ，COMEINS，高度化，波浪モデル，データ同化

GPV（3 分メッシュ，３時間間隔）を基に，局地波浪計算により格子間隔 2 分の波浪と風を計算する．この計算では，地形による遮蔽を受けたうねりの伝播と，局所的なCOMEINS（カムインズ： Coastal Oceanographic and海上風によって発達する風波を考慮して，内挿計算を行
Meteorological INformation System）は，全国沿岸部のっている．さらに，時間内挿を行い，最終的には格子間波浪予測をよりきめ細やかに行う唯一のサービスで現在
隔 2 分，時間間隔 1 時間で波浪を予測している．
まで好評を得てきている．その開始は，港湾の工事や防ｂ．73 時間から 192 時間後までの予測
災に必要な気象海象の実況と精度の高い予測情報を提供
近海波浪 GPV は予報期間が 72 時間後までであるので，するパソコン向けのサービスとして平成８年開始した．
それより後の期間については，192 時間後まで予報値があ
その後，カムインズをとりまく環境の変化に対応すべくる GSM（全球気象予報モデル，1.25 度メッシュ，12 時間
平成 16 年度から，より情報内容が充実した NEW カムイ
間隔）による風の予報値を基にして，第三世代波浪予測ンズとして大改修を経て今日至っている．この間，台風モデル WAM を用いてスペクトル法により波浪の計算を行
時の高波予測，台風時の潮位予測等予測内容の充実も図い，
日本近海域について0.5kmの格子間隔で行っている．ってきたが，沖波予測手法については大きな改良は行っ局地波浪計算と時間内挿を行い，最終的には格子間ていなかった．
隔 2 分，時間間隔 3 時間で波浪を予測している．
従来から，瀬戸内海，東京湾等の内湾部については予
気象庁から配信される GSM のデータは去年度より 1.25測計算のメッシュ間隔の問題もあり，外洋に比べると精度から 0.5 度に，予報間隔も 12 時間から 1 時間と大幅に度が落ちているとの指摘もあった．また，カムインズで計算精度が向上した．また，沿岸や内湾での精度が高い
使用している気象庁の予測情報は平成19年度に計算モデ
メソ気象モデル MSM や SYNFOS（解像度 5km）の予報値もルの細密化や，更新頻度の増加等，従来よりきめ細かい入手可能になっているので，これらを利用して波浪推算情報を得ることができるようになってきている．
をすることにより沿岸や内湾の波浪推算精度を向上させ
このような状況の中，本年度，カムインズの予測手法ることも期待できる．外洋に面した海域でも，特に日本の改良を行った．改良内容は次の２つからなっている．
海の北海道，東北，北陸付近で発生するメソスケールの①気象庁の細密化された風予測を用い，時間的，空間的擾乱（小規模低気圧）は GSM（2007 年 11 月 27 日より解に細密な波浪予測計算を行う．②上記の面的な波浪予測値にナウファス実況値による同化を行い精度向上を図る． 像度は全球で 20km）では十分に表現できないため，GSMを入力風とした波浪予報ではメソ擾乱による高波現象を見逃すおそれがある．また，北海道日本海側の波浪観測
2. 波浪予測手法の改良の空間密度は低いことから，波浪観測網でもこのような高波浪現象を見逃すおそれがある．そこで，メソ気象モ
図-1に現在の波浪予測手法の概念図を示す．
現在は「初デルによる海上風を入力風とすることにより，メソ擾乱期時刻から 72 時間後まで予測」，「73 時間から 192 時間後による高波予測の改善を図る．また，独自に波浪予測（波まで予測」の 2 種類にわけ予測している．
浪推算）の実施するより，内湾や海峡などの複雑地形のａ． 初期時刻から 72 時間後までの予測
72 時間後までの予測では，気象庁が発表する近海波浪

1. はじめに－ 69 －

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初期時刻の 73 時間後から196 時間後までの予測
波浪 GPV [波浪・風]（格子間隔 3 分*）
予報期間：
72 時間後まで

気象庁から配信される GPV
GSM 週間 [風]（格子間隔 1.25 度使用）
予報期間：196 時間後まで全球波浪計算（第３世代波浪モデル）
風→波全球を大まかに計算

全球の波浪予測値（格子間隔 2.5 度）
日本近海波浪計算（第３世代波浪モデル）
風→波領域外からの波の進入を考慮しながら日本近を詳細に計算

局地波浪計算細かな海岸地形や風の分布を考慮して，きめ細かな波浪分布を計算

近海の波浪予測値（格子間隔 0.5 度）

局地波浪計算沿岸の波浪予測値（格子間隔 2 分）

細かな海岸地形や風の分布を考慮して，きめ細かな波浪分布を計算

近海の波浪予測値（格子間隔 2 分）

図-1 従来までのカムインズの沖波予測海域を対象とし，さらに細密な格子で計算を実施することが可能になる．領域 5 では表中の海域を格子間隔 1’（約 1.8km）でカムインズで提供予定である．
波浪計算は実績のある WAM を用い，日本全国沿岸について，領域１～領域４まで細分化し，領域 4 では，2’間隔の波浪予報を作成する．さらに，従来まで精度が外洋に比べ悪かった東京湾，伊勢湾，大阪湾，瀬戸内海の内湾については 1’間隔での波浪予報を実施する．予測計算の計算条件，領域図を図-2，図-3，表-1 に示す．

4-44-14-64-104-114-164-154-17

領域 3-1

図-2 領域 4 の分割とデータ同化地点4-9領域 3-24-184-12◎NOWPHAS，○気象庁
4-134-144-19
領域 3-34-20

領域3-44-214-22

領域 2

領域 1

図-3 領域４の分割図◎NOWPHAS，○気象庁

図-2 領域図－ 70 －4-24-54-34-74-8

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表-1 各領域の計算条件
領域 1
入力海上風空間間隔
モデル
時間間隔
予測要素
データ同化

領域 2

領域 3

領域 4

領域 5（内湾等）
MSM,SYNFOS
GSM（予報時間に応じて GSM に変更）
36’
12’
6’
2’
1’
深海
深海
深海
深海
深海または浅海
1 時間（同化前，同化後とも）
全地点：有義波高・周期・波向，風向・風速
有義波高・周期・波向なし
スペクトル（周期帯別）

GSM

気象庁 GPV（全球スペクトルモデル），解像度 20km

MSM気象庁 GPV（メソスペクトルモデル），解像度 5km

SYNFOS

日本気象協会のメソスケール気象予報結果，解像度 5km～15km

領域 5

東京湾，伊勢湾，大阪湾，播磨灘・燧灘・周防灘を対象
N (     )w  

3. データ同化j 1２．で計算された面的な予測データをナウファス地点，気象庁観測地点の波浪実況値を用いてデータ同化を行う
ことによりさらなる精度向上を目指す．
データ同化の手法としては，リアルタイムに情報を提供する目的から，時間的な制約を満たすために，計算負荷の小さい最適内挿法を用いる．
最適内挿法はベイズ型の線形最小分散推定で，波浪予測値を初期推定値として，これに D 値（観測値から観測地点の初期推定値を引いた値）の情報を加える際に，予測誤差，観測誤差の大きさおよびこれらの時空間相関の情報を元にして内挿の重みを決定するものである．概念
図を図-4 に示す。

Ni 1Oij ijj(2)Pig

これは，N 地点の観測値から N 個の内挿の重み w j を求める N 次元連立方程式である．
 igP は，以下に示すローレンツモデルを拡張した橋本らのモデル)により近似する．

igP aT
 c ig1  brig2(3)

rig は２点 i,g 間の距離(km)である．また，b は誤差相関の及ぶ距離(相関距離)を決定する量で，rig  1 / b で共分散が半分になる． a は予測誤差分散， c は時間差 Tig に関する予測誤差共分散を表すパラメータである．
なお，式(3)右辺の時間差 Tig に関する予測誤差項は，（最適内挿法の原理）
FgI  FgP   wi ( Fi O  Fi P )

Pij

 gP
 iP(1)

ここで，，FgI は g 格子点における解析値（最終的な値），
FgP は g 格子点における初期推定値（波浪予測値）

最適内挿法の通常の適用の際には用いないが，波浪観測データの欠測時に，最適内挿法を適用する際に利用する項である．
以上から，カムインズのデータ同化は海域別に（2）と(3)から重み関数を求めて，(1)式で予測値（波高と周期）の補正を計算することになる．

Fi O は i 観測地点における波浪観測値，

D1
D2 w1
D3 w2w3

Fi P は i 観測地点における波浪予測値，wi は i 観測データの内挿の重みであり最終的にこれを求めて D 値の内挿を行う．
FgI  FgP は解析インクリメント，

ΣDi×Wiw4w5

同化後の値＝

D5D6w6w7

各観測地点のD値×重み

D8D9w8Fi O  Fi P （=D 値）は観測インクリメントである．

(1)式は，観測インクリメントの重み付き足し合わせによって解析インクリメントが計算されることを示す．計
算の安定上，インクリメントを予測誤差標準偏差 P で規格化している．
重み関数 wi は，誤差の相関係数  と誤差比  により，次式から得られる．

D4D10－ 71 －元々の予測値＋w9w10

図-4 同化の概念図

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実測値×従来2min
波 高

実測値×新2min
R=R=

y = 1.35 x

4.0

3.5

3.0

3.0

2.5

2.5

2.0

1.5

1.0

1.0

0.5

0.5
0.0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0 2.5
実測値

周 期

3.0

3.5

R=

4.0

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0 2.5
実測値

0.64

3.5

1212
新2min

15

4.00.85

y = 1.27 x

181593.0

R=

y = 0.89 x18

従来2min2.01.50.00.88

y = 1.02 x

4.03.5

新2min

従来2min0.8396633000369実測値

1215018369実測値

121518図-5 小松島における新，旧計算比較（台風 0416 号）

4. 予測精度検証

参考文献

以下に次世代カムインズの予測手法を用いて，台風0416 号の事例を計算した結果を図-5 に示す．
相関係数（Ｒ）は波高に関しては 0.83 から 0.88 に，周期に関しては 0.64 から 0.85 と特に周期に関しては精度向上がみられる．また，回帰直線の傾きは波高に関しては 1.25 から 1.02，周期に関しては 0.29 から 1.21 と１に近づく傾向となっている．

1) 森谷誠生・鈴木史郎・李在炯：NEW カムインズ（沿岸気象海象情報配信システム）の開発と運用，（財）沿岸開発技術研究センター，沿岸センター論文集，pp81-84 2005
2）松浦邦明・鈴木史朗・橋本典明・本橋昌志：波浪のリアルタ
イム実況推定および客観解析値データベース作成システムの構築，海洋開発論文集，第 22 巻, pp.85-90, 2006.
3) 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，

5. まとめ2007

平成 8 年より稼働開始したカムインズは，今回の予測手法の改良により大幅な精度改善が期待できる．また，スペクトルによる波浪計算を行うことにより，従来までの有義波諸元の予測データばかりでなく，スペクトルでの予測データを提供できる環境も整いつつあり，長周期波対策等に利用できる可能性もでてきた．今後も，カムインズの情報の内，防災の現場で必要な情報はユーザーの声を聞きながら積極的とりいれていく予定であるので，関係各位の一層のご指導・ご支援をお願いしたい．

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