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■事業の内容

(1) 無人潜水艇による海底調査手法に関する調査研究
 平成2年度に引続き、無人潜水艇を用いた海底調査機器の設置・設置状況・姿勢修正・作動確認等及び回収方法についての検討と海底調査・実験及び整理・解析を次のとおり行った。
[1] 調査・実験方法の検討
 海底観測ステーションシステムの研究開発の進捗に合わせ、実物にほぼ等しい機器の設置・捜索・作動確認等及び回収の方法・手順を検討し、実験に使用する模擬海底測器2個及び機器交換試験評価用にフラッシャー付コネクタ接続補助治具を試作した。
[2] 調査・実験
a. 模擬海底測器の設置に先立ち、目標物としてトランスポンダ及び音響反射板からなるマーカを、相模湾の実験海域に投下した。次いで模擬測器のうち主局用、従局用を順にロープにより吊下げて設置した。
b. 海上・海中位置は、支援船を電波測位機(トランスポンダ)及びGPS測位により無人潜水艦及び模擬海底測器を音響測位により決定した。
この結果
主局用模擬測器は 35°4′.74N、139°25′.00E
従局用  〃   35°4′.87N、139°25′.09E
に設置され、両局間の距離は、281mとなった。
c. 海底に設置した測器の一部の交換及びコネクタ接続と作動確認方法は、交換機器に摸したコネクタ接続補助治具とコネクタの4極のうち2極を利用し、接続により点灯するフラッシャーにより行うこととした。コネクタを無人潜水艇のマニピュレータ作業で挿入するには相当な熟練と時間を要するため、試作した治具により短時間かつ確実に行うことができる見込みであるが、今回の実験では、無人潜水艇の油圧系統の故障により確認できなかった。しかし実験の作業に当たっては、交換機器の脱落防止を図れば一段と信頼性を増すものと考えられ課題の一つである。
d. 模擬測器の回収は、設置と逆の手順で行い成功したが、従局用測器が引上ロープに絡んで揚収され、よりのかからないダブラーロープ等の使用と測器の回転防止対策の必要性が痛感された。
 この回収時に平成2年度に残置したマーカがロープに巻付いて引上げられ、位置の正確さを証明する証拠となった。アルミ製反射板の接続部に使用したステンレスボルト付近に電食が認められたが全体は異状はなかった。
 今回のように2個の測器を順々に設置し、また一連の状態で回収するには、作業船の操船上、風、流れに左右される困難さが伴うことが判明したが、これも今後の課題とされた。
(2) 北太平洋海洋変動予測システムの調査研究
[1] 海洋変動のシミュレーションモデルの調査研究
 平成2年度に実施した観測データの収集・整理・解析結果と海洋変動シミュレーションモデルの調査結果に基づいて、平成3年度は次のとおり実施した。
a. ボックス区分の検討
 太平洋における水塊分布について、従来の知見による特性の検討と収集データの整理結果による水塊分布を勘案して、水平区分は黒潮に沿った北西太平洋を他の海域より細区分し、鉛直区分は等密度面に沿う流れや混合の重要性に注目して、等深度分割と等密度分割の2方式によるものとして、次のとおりボックス区分を行った。等深度分割の割合は、
第1層   0m以上 200m未満  90ボックス
第2層  200m以上 500m未満  89ボックス
第3層  500m以上1000m未満  86ボックス
第4層 1000m以上2000m未満  83ボックス
第5層 2000m以上       83ボックス
計   434ボックス
となり、等密度面分割の場合は408ボックスとなった。
b. ボックスモデルによる太平洋の流動解析
 コンパートメントモデルによる流動解析は、ボックス区分の検討結果に基づいて、過去に観測された水温・塩分・河川からの流入水量・降水量等を統計処理して各ボックス区分に代入しておき、ボックス間の交換流量を未知数として、ボックスごとに海水の質量・海水中の塩分量・海水の熱量の3つの保存方程式を立てた。この連立1次方程式モデルを解くには、解法上の困難があるため、制約条件付き非線形計画法を用いることにより、連立1次方程式モデルを含んだ一般的な数理モデルを構築することとした。この数理モデルにより、ボックス間の流量、流速を計算した。
 ボックスモデルによる北太平洋の流動解析結果と既往の観測結果及び循環モデルを比較し、再現性について検討した結果、黒潮の流れとそれに続く、アラスカ海流、カリフォルニア海流などは既存の知見と一致していた。また北太平洋の帯域別の循環パターンも再現することができ、既往のシミュレーションモデルでは表現できなかった、北太平洋のきめ細かい海流や沈降流などが再現できる特徴を持っている。
 しかし、区分の粗い海域及びデータの少ない海域については、知見と一致しないところがあり、ボックス区分及び観測精度等に問題があることが判明した。
c. データ同化手法の設計・検討
 ボックスモデルは運動に関する方程式を観測された密度場の下で数値的に解くことで流速場を求めていたので、モデルとデータの不整合の影響を受けやすいので、モデルとデータの不整合を除くために、観測データを数値モデルに合せるように観測値を数値モデルに同化させる手法を検討することとした。
 海洋流動の特徴は、[1]重力場にある、[2]ほぼ球面上に薄く成層する、[3]回転系にある、[4]乱流状態にある、とした。これらを考慮して大規模な海水の運動の基礎式として、運動方程式、連続方程式、状態方程式、拡散方程式からなる診断モデルを設計した。
 また、これらの方程式の境界条件としては、陸境界で流速に対してfree-slip条件とした。
 この診断モデルによる予備実験を行うため、NASAから得られた海上風のデータを適用し、水温、塩分については平均値を採用することとした。
 計算格子系については、東西南北とも経緯度5°以下で分割し、探さ方向は5層に分割した。
 この結果を用い、観測値を数値モデルに同化させて北太平洋の流動場を求める手法を検討することを主眼とした予備実験を行った。
 この結果、基本式としては適用性が確認されたが、観測データ数不足のため同化手法に適用することが難しく、当初は、時間単位を季節に拡張するか、年平均値を採用する等を考慮して再実験を行う必要があることが判明した。
■事業の成果

(1) 無人潜水艇による海底調査手法に関する調査研究
 昨年度に引続き研究を進め、海底観測ステーションシステムの実物に近い模擬海底測器を用いた設置・捜索・作動確認等及び回収の実験と海底調査を行った結果、無人潜水艇による測器の取扱い、海底調査手法に一段と習熟し、経験と知見を深めることができた。
 これらの成果を踏まえ、次年度の本格実験を、高い信頼性をもって実行できる見通しが得られた。





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