極域・氷海域における海氷情報提供の現状や課題とAMSR2後継センサに向けた新たな取組みについて
矢吹裕伯
1: 国立極地研究所 国際北極環境研究センター
2017/4/28
GCOM-W（しずく）の成果と後継ミッションの利用展望ワークショップ

国立極地研究所が提供する
北極域データアーカイブシステム

研究データ検索・管理システム

オンライン可視化アプリケーション

https://ads.nipr.ac.jp/

極域環境監視モニター
・可視化された衛星デー
タを準リアルタイムでWebで提供する

ブラウザ上でグリッドデータや時系列データを可視化し、解析を可能にするオンラインで可視化するWebアプリケーション

国立極地研究所が提供する
AMSR2プロダクトを用いた海氷情報

準リアルタイム極域環境監視モニター（AMSR2プロダクト海氷密接度・SST、積雪深）

北極

南極

https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor

準リアルタイム極域環境監視モニター（AMSR2プロダクト海氷流動）

北極

南極

https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor

準リアルタイム極域環境監視モニター（AMSR2プロダクト 海氷面積）

北極

南極

海氷面積をインタラクティブに表示できるユーザーの要望をかなえる図面作成

https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor

準リアルタイム極域環境監視モニター（AMSR2プロダクト 海氷面積月別変動）

北極

南極

海氷面積をインタラクティブに表示できる
ユーザーの要望をかなえる図面作成

https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor

準リアルタイム極域環境監視モニター（AMSR2プロダクト 海氷面積月別変動最小値）

北極

南極

海氷面積をインタラクティブに表示できるユーザーの要望をかなえる図面作成

https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor

海氷厚および海氷上のメルトポンドプロダクト
2016年7月26日

緑ー赤系：海氷厚プロダクト（100ー300cm）
青系 ：海氷上のメルトポンド分布率

2017年4月23日

北極海氷分布中期予測• 北極プロジェクト（GRENE、ArCS）– 東京大学大学院新領域創成科学研究科山口研究室– 東京大学大気海洋研究所 羽角研究室• 木村詞明研究員の研究• 北極海の海氷変動の中期予測（3か月）– http://www.arcs-pro.jp/topics/20160620.html– 毎年5月末、6月末、7月末（第3報まで予測）– 7月1日～11月1日までの海氷密接度の予測• ADSではこの予測結果をViSHOPで公開– https://ads.nipr.ac.jp/vishop/#/monitor• 2015.10.14：［プレスリリース］2015年夏季の「北極海海氷分布予報」が高精度で的中 ～実測値との差2%での海氷面積予測に成功

北極海氷分布中期予測

衛星利用者のためのワークベンチの開発
・ユーザーによるインタラクティブな衛星データの可視化およびデータ取得を可能にする。
•

対象データ
１次元（１次元、地上レーダ観測）
２、３次元（衛星観測、モデル計算）



データ実装状況（例）JAXA 提供•

機能
データの自動読み込み
マウス操作による描画領域のズーム＆移動
グラフ表示
カラーマップコンター図
時系列アニメーション
指定断面のグラフ化
時系列グラフプロット
テキストデータ出力

AMSR-E, AMSR-2（北極・南極）（輝度温度・海面水温、海上風速、海氷密接度・積雪深、土壌水分量、積算水蒸気量、積算雲水量、降水量、海氷厚）

https://ads.nipr.ac.jp/kiwa/Vision.action

断面グラフ

時系列グラフカラーマップタイムスライドバー

プップッシュ型リアルタイム情報提供サービス開発

AMSR2プロダクト他を利用した海氷域における航行支援システム

目視・レーダーでは100～1000km先の俯瞰的な情報は得られない?
衛星データによる航路決定支援が必要

船舶航行支援サービス(VENUS)

衛星通信による同期

極地研
メール
サーバ

UUCP

UUCP

VEssele Navigator by Unitized System

船内LAN

しらせ
メール
サーバ

POP3

ボードPC上で、• メールの自動受信• データの可視化• Webサービスの提供

HTTP
プロダクトの配信

データの加工と配信

船内LANのPCから、Webブラウザを通じてWebページの閲覧

船舶航行支援サービス(VENUS)

ペリカン 1450ケース
約25,000円

Raspberry Pi本体
with ケース×2
約10,000円
スマートフォン用
USB給電装置
約5,000円
小型USB
キーボード
約2,000円

HDMI接続8インチ
液晶ディスプレイ
約20,000円
ケーブル類• HDMIケーブル• LANケーブル• USB micro Bケーブル
16GB SDカード
約3000円初期設置システム一式の概算が60,000円！！！

南極航海
しらせ海鷹丸配信期間
往路：2014年12月6日～12月17日(12日間）
復路：2015年1月31日～2月17日(18日間)
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)および海水面温度(SST)

配信期間
2015年1月11日～2月9日(30日間)
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)

往路：2015年12月1日～12月31日(12日間）
復路：2016年2月1日～2月20日(18日間)
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)および海水面温度(SST)
24、48時間予報値
海面気圧、風向風速、波浪（波高、波向）2016年1月16日～2月19日(30日間)
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)、海水面温度（SST)2016年配信
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)および海水面温度(SST)
海氷流動ベクトル
24、48時間予報値
海面気圧、風向風速、波浪（波高、波向）2016年12月30日～2017年2月4日（37日間）
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)、海水面温度（SST)北極航海みらい
2014年
テスト配信；マニュアル作図

2015年
2015年8月19日～10月14日(57日間）
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)および海水面温度(SST)
24、48時間予報値
海面気圧、風向風速、波浪（波高、波向）2016年
2016年8月1日～9月27日(58日間)
配信プロダクト
海氷密接度(IC0)および海水面温度(SST)
24、48時間予報値
海面気圧、風向風速、波浪（波高、波向）船舶航行支援サービス(VENUS)

しらせ

海鷹丸

北極航海「みらい」用（２０１６）
https://ads.nipr.ac.jp/venus/mirai/

衛星プロダクト（実況値） 気象予報値（24、48時間・海氷密接度予測）
・海水面温度・海水面気圧・海氷流動ベクトル・風速・風向・気温・波浪（波高・波向）南極航海「しらせ」「海鷹丸」

https://ads.nipr.ac.jp/venus/shirase/
衛星プロダクト（実況値）
・海氷密接度・海氷流動ベクトル
気象予報値（24、48時間予測）
・海水面気圧・風速・風向・波浪（波高・波向）今後の課題氷海域を航行するために必要な情報
氷況図（Ice Chart）とエッグコード
ロシア北極南極研究所の提供する北極域のIce Chart（海域毎に提供）（例）

北極域における氷況図の提供状況• ロシア北極南極研究所• 北極ロシア沿岸域全域• ノルウェー気象局
グリーンランドからカラ海まで• USA気象局• ベーリング海峡～アラスカ沖
他国のデータセンターに依存することなく日本発の氷況図の提供の必要性

氷況図作成のための必要情報
海氷密接度：
海氷厚
海氷発達過程（氷齢）
氷盤の大きさカラ海

ラプテフ海

AMSR2およびその後継機により実現が可能

今後の課題• AMSR2後継機に求めるもの＝＞高度化された海氷情報– 氷海域航行に必要な情報提供のために• 海氷密接度：＞高精度化（高解像度化）• 海氷厚：＞標準プロダクト化＞アルゴリズムの改良による精度向上の必要性• 海氷発達過程（氷齢）：移動ベクトル等＞新プロダクトの必要性

海氷密接度

海氷厚

海氷流動

VENUS配信

1 2 3 4 5

海氷発達過程（氷歳）配信データについて• データ配信（2015年のケース）– データ圧縮方法の改良＝＞高圧縮率の実現– データサイズ2byte×900×900のグリッドデータ– ICO:海氷密接度、SST:海水面温度•生データサイズ

ICO（Byte)

SST（Byte)

Total（Byte)

Total(MB)しらせ往路(12日間)

19,440,000

19,440,000

38,880,000

37.08

しらせ復路(12日間)

29,160,000

29,160,000

58,320,000

55.62

転送データサイズ

ICO（Byte)

SST（Byte)

Total（Byte)

Total(MB)

圧縮率

日平均（KB)

しらせ往路(12日間)

966,416

1,751,534

2,717,950

2.596.99%

221

しらせ復路(12日間)

537,799

2,831,904

3,369,703

3.21

5.78%

183

データ配信の高度化（参考）––––データ高圧縮化による低コスト化を実現

Ascending/Descendingの12時間おき配信(データ量2倍)≒400KB/day
5km解像度の配信(高解像化で4倍,高頻度化で2倍)≒1600KB/day
海氷流動ベクトルの配信(データ量8倍)≒1600KB/day
日当たりの転送データサイズ3.6MB≒16000円

実用化研究の中で3時間毎のデータ配信の可能性（コスト依存）ありがとうございました。
ADSシステムhttps://ads.nipr.ac.jp/
ads-info@nipr.ac.jp

参考資料

ステークホルダーへの情報提供サービスの開発

北極海最適ルート探査システムの開発
https://ads.nipr.ac.jp/routeSearch北極海最適ルート探査システム

今回の紹介

2. 人工衛星による航路上の氷況モニタリング

モデル検証・改良のための海氷データの提供

計画中

1a. 数値モデルによる海氷短期予測

北極航路航行支援システム

中期予測に基づく注目海域の絞り込み

1b. 衛星データ解析による海氷中期予測

東京大学大学院新領域創成科学研究科山口研究室との共同研究
29北極海最適ルート探査システム• 目的– 北極海の海氷は、時々刻々分布や形状を変化させるため、航路の決定は、コスト（航行時間、航行距離）だけではなく、安全性にも大きな影響を与える。

•••– AMSR2衛星プロダクトデー
タ（海氷密接度、海氷厚）予測に関しては：検討中– ETOPO30標高・海底地形データ– 通常、豊富な経験に基づいて航路決定する必要がある。
– いくつもの選択肢から最適な航路を自動的に決定するシステムは有効な手法となり得うる

東大 山口研究室の研究成果・アルゴリズムを基に航路探索システ
ムを構築
オンラインで誰でも操作可能なシステムとして構築
使用データ

•

経路探索アルゴリズム– A*探索アルゴリズム

北極海最適ルート探査システム
https://ads.nipr.ac.jp/routeSearch