共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 流氷の底面形状特性に関する研究
研究代表者／所属 岩手大学工学部
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 堺茂樹

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 劉暁東 岩手大学工学部 助教授

2

 白澤邦男 北大低温研

研究目的 　近年、サハリン島沖合での原油生産が本格化し、新しいエネルギー供給源として期待される一方、生産時あるいは輸送時の油流出事故も懸念され、特に冬季のオホーツク海は流氷に覆われ、流出油が氷板下を拡散する場合も予想される。氷板下での油拡散面積は氷板底面形状に大きく依存することから、北海道開発土木研究所が紋別港沖合に設置したADCPとIPSによって氷板底面形状の空間分布を測定する方法を検討している。しかし、ADCPは局所的な移動方向及び速度を捉えており、流氷域全体の移動を推定することは難しい。そこで、流氷研究施設でのレーダーによる流氷観測と有機的に組み合わせることにより、流氷の底面形状特性の解明を試みる。
　　
研究内容・成果 研究内容：
1）氷喫水深及び移動速度・方向の観測方法
　岩手大学と北海道開発土木研究所との共同研究では、氷喫水深及び移動速度・方向の観測を目的として、紋別港沖約2.4kmの水深-18m地点にドップラー式多層流速計（ADCP）およびアイス・プロファイリング・ソナー（IPS）を各1基設置してある．ADCPはボトムトラッキング機能を有しており、これにより流氷の移動速度・方向を計測した．
2）氷喫水深の空間分布の推定方法
　上記の器機により、計測器の直上の氷喫水深の時系列が得られる。氷が移動している場合には、時系列データは氷の移動に対応した空間分布を示すものとなる。そこで、3時間の測定で、速度がその間の平均速度の±20％以内、移動方向が平均方向から±11.25度以内となる場合のみを切り出し、10秒間隔で記録された喫水深の時系列から移動方向に対応した直線上の等間隔空間データへ変換し、スペクトル解析を行った。
3）流氷域全体の移動の把握
　1）で述べたボトムトラッキング機能を利用した流氷の移動方向および速度の測定では、計測器直上の局所的な動きを捉えている。しかし、2）の方法によって直線上の喫水深分布を推定するためには、その間に測定された移動方向が局所的なものではなく、全体的な流氷の移動であることを確認する必要がある。そこで、流氷研究施設で実施しているレーダーによる流氷観測結果を用い、2）で選定された区間の平均移動方向・速度が全体的な流氷の移動を表すものかどうかを確認し、適正と認められたデータのみを解析した。
研究成果：
1）代表的な正規化スペクトルの存在
　氷の移動がほぼ定常と見なせる区間のデータのみを用い、時系列データから空間データへ変換し、スペクトル解析を行った。その結果、パワー（氷喫水深変化の分散）はそれぞれ異なるものの、スペクトル形状はきわめて類似していることから、正規化スペクトルを比較したところ、ほぼ一致した。従って、氷喫水深変化の規模（分散）は広範に変化するものの、オホーツク海沿岸での流氷の喫水深の統計的な特徴を示す代表的なスペクトルが存在することが明らかとなった。
2）氷板下での油拡散に対する氷喫水深の分散の影響
　代表的な正規化スペクトルは、直線上の喫水深の変化に対するものであるが、このような統計的特徴が点対称的に等方であると仮定し、喫水深の平面分布を作成した。この際、各成分の位相は乱数で与えた。異なった値の分散を持ついくつかの模擬的な喫水データを境界条件として、油拡散計算を行ったところ、油拡散に対して分散が大きく影響するが、これに比べて位相の影響は無視し得ることが分かった。従って、油流出事故に対応するためには、氷喫水深の分散を、季節毎、及び海域毎にあらかじめ把握しておくことが重要であり、このようなデータの蓄積によって、事故時の迅速な油拡散予測が可能となることが示された。