共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 大気・海氷間抵抗係数の実地計測と短期氷況数値予報の精度向上
研究代表者／所属 東京大学工学系研究科環境海洋工学専攻
研究代表者／職名 教授
研究代表者／氏名 山口一

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 宮永大 東京大学工学系研究科 技官

2

 豊田威信 北大低温研

研究目的 　海氷は、気象や海洋構造、海洋生態系に大きく影響するだけでなく、将来の水産資源確保や沿岸住民の生活にも重要な要素である。海氷は様々な力を受けて変動するが、風による力が最も大きく、氷野全体の変動を支配する。風による力、つまり大気海氷間の抵抗係数は氷況によって大きく変化し、実地計測により求めるのだが、オホーツク海における計測データは非常に少ないのが現状である。本研究は、毎冬行われている海上保安庁の砕氷巡視船「そうや」を用いたオホーツク海南部での洋上観測の一つとして、渦相関法による風抵抗係数の計測を行い、結果を総合的に検討して、オホーツク海の海氷変動予測の精度向上のための基礎データを得るものである。
超音波風速計　CDnと氷況の関係　氷種とCDnの関係
研究内容・成果 　北大低温研主体で毎年行われている海上保安庁の砕氷巡視船「そうや」による冬期オホーツク海観測に参加し、風・氷海間抵抗係数CDを計測した。今回で4年目の観測となる。この計測は、2005年2月11日から16日の間、「そううや」停泊中に10回行われた。
　使用した測定機器、項目は昨年度までと同様である。風速の時間変動成分を計測するため、計測機器には超音波風速計を採用した。超音波風速計より得られた三次元直交座標系（X，Y，Z）の風速成分は船体動揺によるセンサの傾斜を補正し、風の主流方向を求めてそれに従った座標系（x， y， z）表示に変換する必要がある。このため超音波風速計のスロープ下に傾斜計を取り付け座標系の回転角を計測した。観測機器の取り付けには船橋右舷ベランダの手すりを利用した。ただし、観測装置を船体から突き出す距離は昨年度（約1.25m）より伸ばし、1.48mである。観測装置の設置状態を図1に示す。また、計測したCDと海氷状況の関係を探るため上記計測項目のほかに、目視によるスケッチとビデオカメラによって氷況観測を行った。
　2005年2月中旬のオホーツク海南部では発達した海氷を多く観察することができた。平均密接度はおよそ80％であり、氷上観測時には2mを越える厚さの氷盤が見られた。天候はわずかな降雪があった1回を除いて晴れまたは曇り、気温は-7〜-12℃程度、測定機器付近での水平風速は0.5〜6.5m/sであった。観測はSTDの停船観測時の他、氷上サンプリング、EM検証時の20分以上の停船時に行った。また、停船の際には風上が右舷側となるよう配慮されている。今回の観測では10地点、18回の計測中13個の有効データを得ることが出来た。
　CDを大気中立状態のそれに変換したCDnと海氷密接度、氷盤サイズの関係をそれぞれ図2(a)，(b)に示す。氷盤サイズとCDnの間には、直径3m以上の氷盤（Pancake Iceより大きいもの）において、よい相関が得られた。また、海氷密接度70%以上では、CDnは、密接度の増加に対してわずかに減少する傾向が見られた。これは、氷況が密になることにより、氷縁における剥離抵抗、すなわち形状抵抗が減少するためと考えられる。2002年から2005年までの氷盤サイズとCDnの関係を図3に示す。氷盤サイズの増加に対してCDnが減少していくのが見てとれる。これは逆に氷盤サイズが小さくなるほど氷縁による剥離抵抗が大きくなるためであろう。
　今回の観測によりより詳しいCDnの傾向を得るためのデータ取得が出来た。しかしながらCDnと低密接度時（60%以下）における密接度、氷盤サイズの相関についてはまだまだデータ不足である。また、さらに詳細な氷況との相関を得るには氷種分類（氷盤サイズ）をさらに細かくする必要がある。これについてはビデオ、カメラ記録などを用いて再度分類を行う必要があるだろう。
超音波風速計　CDnと氷況の関係　氷種とCDnの関係