海底地殻変動観測における温度・圧力連続計測

海底地殻変動観測における温度・圧力連続計測

杉 本 慎 吾

_{・田 所 敬 一}

_{・佐 柳 敬 造}

_{・生 田 領 野}

_・

奥 田   隆

_{・長 尾 年 恭}

_{・安 藤 雅 孝}

Continuous Measurements of Temperature and Pressure in Seawater

for GPS/Acoustic Seafl oor Positioning

Shingo Sugimoto

_{, Keiichi Tadokoro}

_{, Keizo Sayanagi}

_{, Ryoya Ikuta}

_,

Takashi Okuda

_{, Toshiyasu Nagao}

_{and Masataka Ando}

Abstract

Observations of seafl oor crustal deformation are very important to understand the dynamics of plate boundary that include strain accumulation processes before great interplate earthquakes. Since 2002, we have been developing an observation system for monitoring of seafl oor crustal deformation at the Suruga Trough where Philippine Sea plate is subducting beneath the Eurasian plate. This system consists of two main components; （1）kinematic GPS positioning of an observation vessel and（2）accurate acoustic measurements of distance between a transducer attached on the side of vessel and a transponder located on the seafl oor. Repeated measurements of the seafl oor transponder can reveal directly the seafl oor crustal deformation at the focal area of interplate earthquakes. The primary purpose of our observation is to detect and monitor the crustal deformation process caused by the plate subduction.

Due to the assumption of zero spatio-temporal variation of acoustic velocity in certain time period, our method of seafl oor positioning cannot estimate smoothly the temporal change of acoustic velocity. This caused a systematic error on travel time residual and incorrect positioning by about 2-3 cm. To address this problem, we measure the sound speed profi le of seawater using a CTD（ C : conductivity, T : temperature, D : depth ） profi ler three or two times per an observation period of about 5 hours. Moreover, temperature and pressure （TP）distribution at different depths was obtained by four or fi ve TP sensors fi xed every 100 meters on a

towing rope from the vessel. We will here report the method of the TP measurement and the result of

space-1） 名古屋大学大学院環境学研究科 〒 464-8602 名古屋市千種区不老町

Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University. Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8602, Japan 2） 東海大学海洋研究所 〒 424-8610 静岡市清水区折戸 3-20-1

Institute of Oceanic Research and Development, Tokai University. 3-20-1 Orido, Shimizu-ku, Shizuoka 424-8610, Japan

3） 東京大学地震研究所 〒 113-0032 東京都文京区弥生 1-1-1

Earthquake Research Institute, University of Tokyo. 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0032, Japan （2006 年 9 月 19 日受付／ 2007 年 1 月 25 日受理）

1 ． 緒     言 日本列島下では太平洋プレートやフィリピン海プ レートが沈み込み，海溝やトラフ沿いに巨大地震が発 生する．このような海溝型の巨大地震は，プレートの 沈み込みに伴って陸側プレートが引きずり込まれるこ とで生じる応力の蓄積が原因である．応力が限界に達 すると，プレート境界面上で動的なすべり（大地震）を 生じて応力が解放される．その後再び，地震前と同様 に，プレート境界に応力が蓄積される．したがって， プレート境界で将来発生する大地震についての長期的 な予測のためには，過去および現在における応力蓄積 の様子を把握することが必要不可欠である．しかし， 残念ながら長期的かつ広域的にプレート境界面の応力 を直接測定することは非常に困難である．一方，間接 的な手段として，測地測量で得られる地殻変動データ を解析することによって，応力蓄積を引き起こしてい るプレート境界面の固着領域の推定が可能である（例 えば，Sagiya, 1999）． 近年，国土地理院によって日本列島上の GPS 連続 観測網が整備され（宮崎・畑中，1998），GPS 観測点の 相対位置の変化が歪として 10-7_{から 10}-8_{程度の精度で} 日々監視されている．陸上における地殻変動は空間的 にも時間的にも理想に近い観測が実現されている．し かし，日本列島周辺のプレート境界はそのほとんどが 海底下にあるために，プレート境界面の固着域の推定 には，陸上の観測点だけでは不十分である（Nishimura et al., 2005）．また，直前予測や巨大地震発生後の震源 過程の研究においても同様のことが言える．したがっ て，海底での地殻変動観測が不可欠である． そこで，近年，海底地殻変動観測システムの開発が 行われている（Spiess et al., 1998; Asada and Yabuki, 2001; Fujimoto et al., 2001; 田所ほか，2001）．プレート の運動速度を考慮すると，目標とする海底測地精度は 年間の変位量として数 cm 以下に設定しなくてはなら ない．陸上の地殻変動観測とは異なり，GPS シグナ ルは海底まで届かないので超音波を利用した海底測地 手法の開発が行なわれている．超音波を使って海底測 地を行なう以上，海中での音波の伝搬速度の時間・空 間での変化を考慮に入れなくてはならない．本論文で は，海底測地において重要である，海中の音速構造の 実測方法とその結果について報告する． 2．海底地殻変動観測システムの概要 我々は，海底の地殻変動を計測するために，キネマ ティック GPS 測位と音響測距を組み合わせた手法で， 海底に設置したトランスポンダ（海底局）の位置決定を 目的とした海底地殻変動観測システムの開発を行なっ ている（Fig. 1）．音響測距では，観測船に装備したト ランスデューサ（船上局）−海底局間の超音波走時を測 定する．キネマティック GPS 測位は，その走時測定を 行なっているときの船上局の位置を決定する．1 回の 洋上観測中に走時測定を様々な場所で行なうことで， 海底局の位置が決定できる．この観測を繰り返すこと で海底における地殻変動を実測することができる． time distribution in the study area. The measurement showed the maximum spatial heterogeneity of acoustic velocity of about 0.50 - 0.85 m/s within the distance of about 500 m.

Fig. 1 Schematic illustration of the GPS/Acoustic positioning system for the seafl oor crustal deformation observation adopted from Tadokoro et al.（2003）. The position of an observation vessel is determined by kinematic GPS technique. Slant ranges between a hull-mounted transducer and seafl oor transponders are measured using acoustic signals.

音響測距 海底局の測距には 6 波 5 次の M 系列信号を用いる． 搬送波周波数は 12.987 kHz で，信号長は 14.322 ms である．Fig. 2 に音響測距の動作タイミングを示す． 観測海域には，3 台の海底局で一辺 600 m 程度の三角 形アレイが設置してある．船上局は，GPS タイムサー バで時刻同期をとり， 8 秒間隔で目覚まし信号（海底局 が測距信号を待ち受ける状態にする信号），海底局識 別信号（ともに正弦波），M 系列測距信号を海底局に 送信する．海底局は，受信した測距信号そのものを一 定時間後に船上局に返信し，その後，低消費電力モー ドに切り替わる．海底局から返信された測距信号は， 16 ビット，500 kHz で A/D 変換を行ない，波形記録 装置に収録される．サンプリング間隔 500 kHz は片 道（船上局から海底局まで，あるいはその逆）の測距 分解能約 0.3 cm に相当する（ただし，海中音速を 1500 m/s と仮定した場合）．収録した観測波形と理論波形 との相関処理によって，正確な往復走時が計算される． キネマティック GPS による船上局測位 キネマティック GPS 測位には，Thales iCGRS 受 信機を船上と陸上両方に用いる．両受信機には，10 MHz のルビジュウム原子時計を装着し，5 Hz サン プリングで GPS 信号を収録する．両測位観測点には チョークリングアンテナを用いる．キネマティック GPS 測位によって決定されるのは GPS アンテナ位置 であるが，音響測距データを用いて海底局の位置を決 定する際には，舷側に装備した長さ 4 m 程度のポー ルの先に取り付けたトランスデューサの位置が必要と なる．そこで，GPS アンテナとトランスデューサと の相対位置をレーザー測距儀で測定し，観測船の方位 角とローリング，ピッチングも GPS 観測と並行して 測定する．以上より，観測船の揺動を考慮に入れて船 上局の位置を正確に計算する． 海中音速プロファイル測定 海底局位置解析では，海中音速の時間変化推定や理 論走時計算のために，実際の海中音速の深さプロファ イルが必要である．そこで，CTD（C：電気伝導度（塩 分），T：海水温度，D：水深（水圧））測定をおこなう． CTD 測定は，ワイヤーで繋いだ測定器を海中に投下 することで上述の物理量を水深 1 m ごとに測定する． この測定を 1 回の洋上観測中に数回行ない，その測 定データから Del Grosso（1974）の変換式に基づいて， Fig. 2 Schematic diagram showing the timing of transmission and reception of acoustic signals between the

海中音速値を計算する．海中音速は，海水温度に強く 依存している．CTD 測定には，SeaBird 社製の SBE 25 Sealogger CTD を使用した．このセンサーの測定 精度を Table 1 にまとめる． 3．海中の温度・圧力連続計測の背景 海底局位置解析手法 現在の海底局位置解析手法は，海中音速構造の時間 変化と 3 台の海底局の重心位置を同時に推定する（以 後，この手法を同時推定と呼ぶ）（Ikuta et al., 2004 ; Sugimoto et al., 2006）．この方法では，海中の音速構 造はある一定時間は水平成層で一定であると仮定す る．その一定時間で測距した観測点の集合を一つの測 線とすると， 番目の測線での水深 までの海中音速 プロファイル は，測定された海中の音速プロファ イル に，補正係数 を乗算することで式（1）の ように表される． 番目の測線で， 番目の海底局（位置を と する）に対する 番目の観測走時 と波線追跡法 で計算される理論走時 との残差 は， である．これを線形方程式 で近似する． は繰り返し計算の数を表す．海底局 の初期位置は，海中音速を半無限均質の海中音速と仮 定して計算したものとした．式（3）は のように書き換えられる．海底局 3 台に対する全測 線での観測データに対して，走時の残差二乗和を 最小にする海底局位置と音速補正係数パラメータ を繰り返し計算することで最適 解を求める． 海中音速構造が水平成層で一定である時間間隔の 決め方を説明する．まず，観測点分布が一様になるよ うに観測データを 2 グループに分けて，一方のデータ セットを half 1，もう一方を half 2 とする．全観測デー タセットを all とする．次に，それぞれのデータセッ トに対して海底局位置解析を行なう．その際に，海中 音速構造が水平成層で一定であると仮定する時間を 30 秒から 2 時間の間で様々な時間間隔で測線を区切 る．half 1, half 2, all のデータセットから求められた海 底局位置をそれぞれ とする．1 回の観 測で海底局位置が変化しないと仮定して， が最小になるとき，海中音速が水平成層で一定である 最適な時間であると判定する．このときの が観測 ごとに決まる海底局位置とする． 海中の温度・圧力連続計測の意義 Sugimoto et al.（2007）で は， 繰 り 返 し 行 な っ た CTD 測定から連続的な海中音速構造の時間変化デー タを作成し，それを基にして海底局 1 台だけでその 位置を決定する手法を考案した（以後，この手法を単 独測位と呼ぶ）．この単独測位は，同時推定において として，海中音速構造の時間変化を既知とした ときの解析方法と原理的に同じである．そこで，擬似

4．海中音速の連続計測 駿河湾北東海域（Fig. 3（a））で，2006 年 1，2，5，6， 7 月中のそれぞれ 2 日間の海中音速計測を行なった． データを用いて，2 つの海底局位置解析手法の性能評 価を行なった．海中音速構造の時間変化を適当な正弦 関数で仮定し，海底局と観測船位置を既知として作 成した擬似走時データ（波線距離で標準偏差 7.5 cm の ランダム誤差を与えた）をこの評価に用いた．その結 果，海中音速構造の時間変化を与えて解析を行なう単 独測位による海底局位置は，1 cm 未満の差で既知の 海底局位置と一致した．しかし，この解析には使用し た海中音速構造が正確であるとういう条件が必要であ る．一方，ある時間の海中音速構造を水平成層で一定 であると仮定する同時推定による海底局位置は，既知 とした海底局位置から 2-3 cm 食い違った．これは， 連続的に滑らかに変化する海中音速をある一定時間 は不変であると仮定したために，その一定時間の両端 で走時残差に系統的な誤差が生じ，海底局位置が食い 違ってしまったことが原因であると考えられる．最短 時間で測線を区切って海底局位置解析を行なっても， 実際のデータでは必ずしも式（5）を最小にするとは限 らない．現在の海底局位置決定の再現性（水平成分で ± 3 cm）を考えると，この食い違いは大きい． 連続的な海中音速構造の計測データは，海底局の 位置決定の再現性を良くするための基礎研究（例えば， 海中音速の時間変化の推定手法の改善）に非常に有効 である．さらに，同時推定に対しては，測定データを 先験的に解析に組み込むことで，海底局の位置決定精 度が向上する．一方，単独測位に対しては，広範囲に 効率的に海底測地観測網の配備が可能になる．単独測 位は，同時推定と異なり，複数の海底局を必要としな いからである．いずれの手法においても，連続的な海 中音速構造の計測データは非常に有益であると考えら れる． 海中音速構造の測定における重要な点は，海中音速 の時間変化が大きい領域で連続かつ正確に測定するこ とである．Sugimoto et al.（2006）では，駿河湾北東海 域での 27 時間の走時測定と並行して，27 回の繰り返 し CTD 測定を行なった．その結果，海中の音速構造 の時間変化が大きい領域は水深 500 m 程度より浅い 領域に限られることが分かった．さらに，塩分の時間 変化は，海中音速の時間変化に 2 cm/s 以下の影響し か与えない．以上のことから，本報告では，海中の温 度・圧力の連続計測による海中音速構造について議論 する．

Fig. 3 （a）Instrumental distribution around Suruga Trough. Each solid triangle denotes a triangular array composed of three transponders. The solid circle denotes the site of an on-land reference GPS receiver MIHO. Open triangle is the northeastern array used in this study. Numbers in the seafl oor indicate the bathymetry in meters. （b）Acoustic ranging points plotted on the vessel tracks. Three triangles denote the positions where seafl oor transponders installed on.

計測には CTD 測定器と 最大 5 台の温度・圧力セ ンサーを用いた．以下， 測定器別に測定結果を述 べる． CTD 測定 各月 2 日間の観測で複 数回行なった CTD 測定 から計算された平均的 な海中音速の深さプロ ファイルを Fig. 4a に示 す． 各 月 の 平 均 的 な 海 中音速の深さプロファイ ルは，海水の混合層の増 減と海中音速の深さ方向 の変化率で特徴付けられ る．1，2 月 の プ ロ フ ァ イ ル で は， 水 深 お よ そ 100-150 m の間は海中音 速 が 一 定 で， 厚 い 混 合 層が形成されていた．一 方，5，6，7 月 は， 日 射 により海面が温められる ために混合層は薄くなっ ている．この現象に対応 して，海中音速の深さ方向の変化幅は 2 月が最小で 1.5 %，6，7 月が最大で 3.1 % であった． 各月 2 日間で行なった複数回の CTD 測定による海 中音速の深さプロファイルを比較して，その複数のプ ロファイル各層での音速の最大値と最小値の差を Fig. 4（b）に示す．各観測で行なった全ての CTD 測定は， Fig. 3（b）の原点（北緯 34 度 55.94 分，東経 138 度 41.00 分）から始め，水深 800 m 程度まで行なった．測定に 掛かる時間はおよそ 30 分である．各 CTD 測定はお よそ午前 10 時から午後 3 時までの間で最大 3 回行なっ た．この測定条件下では時間的な変化の効果の方が空 間変化の効果に比べて大きい．音速値の最大変化量の 深さ方向の平均値は 1.3 m/s であった．この速度変化 に対応する温度変化は，0.35 ℃である．さらに，季節 や日周変化に関わらず， 700 m 以深の音速値はおよそ 1480 m/s で概ね一定であった． 温度・圧力の連続計測 洋上での温度・圧力の連続計測の前に，使用する温 度・圧力センサー 5 台の個体差を見積もるために水槽 を用いて実験をした．使用したセンサーは，SeaBird 社製の SBE39 である．このセンサーの測定精度を Table 1 に示す．そして，Fig. 5 に水槽実験結果を示 す．洋上での計測時間と同程度の約 4 時間で，この水 槽実験を行なった．その実験中に，圧力センサーの 応答をみるために，途中で水を加えて水深をおよそ 4 cm 増加させた．圧力の測定精度が 6 kPa（水深にして およそ 0.6 m 相当）であるにもかかわらず，すべての センサーで 0.3-0.4 kPa（水深にして 3-4 cm）の圧力変 化を検出した．5 台のセンサーの計測値は，適当な同 一の塩分値を用いて，Del Grosso（1974）を基にして水 中音速値に変換した．5 台の温度圧力センサーの測定 値は，0.1 ℃，6 kPa 以内で一致し，音速値に換算し て 0.25 m/s 以内の個体差であった．Table 1 から分か るとおり，今回の実験で用いた CTD 測定器もほぼ同 じ仕様の温度・圧力センサーである．以上のことから， この 2 種の測定器の測定音速差は 0.25 m/s 以内と見 Fig. 4 （a）Depth profi les of the acoustic velocity in the study area（northeastern

array in Fig. 3a）, which were measured by CTD in January, February, May, June, and July, 2006. （b）Depth profi les of differences between maximum and minimum velocities for each depth in the measurements.

Fig. 5 Result of performance test of the fi ve TP（T : Temperature, P : Pressure）sensors.

Fig. 6 Example of measurement of acoustic velocity by using of CTD and TP sensors under the vessel Example of measurement of acoustic velocity by using of CTD and TP sensors under the vessel tracks.

積もられた． 音響測距と並行して，最大 5 台の温度・圧力センサー による連続計測を駿河湾北東海域で行なった．先端に 錘（約 150 kg）をつけたロープに各センサーをおよそ 100 m 間隔で固定して海中に投入した．温度・圧力セ ンサーが水深 600 m 耐圧であるので，それに注意し てロープを調整しながら曳航した．温度，圧力デー タを 3 秒サンプリングでセンサー内のフラッシュメモ リに収録した．温度・圧力の連続計測による海中音速 測定結果の一例を Fig. 6 に示す．海底測地のために， Fig. 3（b）に示すような航跡を描きながら，温度・圧 力の連続計測を行なった．そのような航跡を描くため に，観測船を方向転換させる．そのとき，観測船が減 速すると，それに伴って温度・圧力センサーが降下す

Fig. 7 （Upper side）Temporal variation of depth profi les of acoustic velocity obtained by the method I. This variation were based on the continuous measurements of TP and CTD profi ling in （a）January, （b）February, （c）May, （d）June and （e）July, 2006. Measurement positions of TP sensors are denoted by four or fi ve white plots. （Lower side） Time-series of acoustic velocity average of each profi le in upper fi gure（blue plot）. Red crosses denote the averaged acoustic velocity measured by CTD only.

る．逆に加速するとセンサーは，海水の抵抗で上昇す る．その様子が Fig. 6 に表されている．連続的に計測 した温度・圧力データと，1 回の洋上観測中に 1-3 回 行なう CTD 測定データを用いて，観測船下の海中音 速の深さプロファイルが連続的に得られる．さらに， 温度・圧力センサーが上下することで，各層での測定 値が得られる．そのことで各層の測定値に対して時間 方向に補間が可能になる．つまり，この連続計測デー タから観測船下の時間−深さの二次元で海中音速構造 を求めることができる．連続的な海中音速構造の時間 変化データの作成方法を以下に示す． 浅田・矢吹（2001）は，熊野灘で海底測地実験を行 なった．そのときの海底局アレイ間隔は， 1 km 程度 であった．その環境下で海中音速構造を水平成層と仮 定して海底局位置解析を行なった．その結果，船上局 と 3 台それぞれの海底局で計算される理論走時がこの 仮定で整合性が取れたことから，当時の海中音速構造 の水平方向の均質性が良かったと報告している．こ の例に基づき，海底局アレイ間隔が約 600 m の本観 測サイトにおいても，海中音速構造を水平成層と仮定 した．この仮定により，観測船下の海中音速構造の各 層の測定値は一定であるとして，温度・圧力計測デー タを時刻で合わせて取り扱った．速度構造の時間変化 データの作成には，最も浅い領域を計測する温度・圧 力センサーが海中にある時間帯の計測データを使用し た．初期段階として，複数回行なった CTD 測定デー タを用いて，各層の音速値を時間で内挿することで連 続的な海中音速プロファイルを作成した（以後，ここ で作成した連続的な海中音速プロファイルを A プロ ファイルと呼ぶ）．ここで，温度・圧力センサーによ る連続計測データを以下の 2 通りの用途で使用する． 最終的には，海中音速プロファイルの深さ方向の平均 値の時間変化データを作成する． 一つ目は，A プロファイルを温度・圧力連続計測 データで補正をする方法である（以後，方法 1 と呼ぶ）． A プロファイル中の音速値と 4 または 5 点の温度・圧 力連続計測データで時間と深さで一致するときの両者 の音速値の差をとる．それを基にして，最小二乗的に 補正量を計算し，海中音速プロファイルの深さ方向の 平均値の時間変化データを作成した．その結果を Fig. 7 に示す．海中音速の深さ平均値に両振幅で最大 0.85 m/s 程度で数分周期の短周期変化がある．CTD 測器 と温度・圧力センサーの測定音速値の差は 0.25 m/s 程度であることから有意な変化である．温度・圧力の 曳航測定を行ないながら CTD 測定を行なうときは， 操船の安全を図るためにエンジンを止めて漂流しな がら両計測を同時に行なった．1 月と 7 月の 2 回目の CTD 測定は，ほとんど観測船が漂流しない状況で同 時測定が行なえた．その同時測定を行なっているとき は上述の短周期変化が現れていない．この両振幅で最 大 0.85 m/s の短周期の音速変化の原因については論 議にて後述する． 二つ目は，A プロファイルに温度・圧力連続計測 データをそのまま組み込む方法である（以後，方法 2 と呼ぶ）．同時刻に 4 または 5 台の温度・圧力センサー による計測を基にした音速値を直線で補間し，温度・ 圧力センサーによる測定値のみで海中音速プロファイ ルを作成する．その作成したプロファイルと A プロ ファイルとで，時刻と深さで一致する部分とを入れ換 える方法である．ここで，方法１と方法 2 を比べると， 方法 2 で得られる海中音速データは，最深部と最浅部 を測定する温度・圧力センサー間は実測であるために， 温度・圧力の連続計測データが強調される．その結果 を Fig. 8 に示す．海中音速の深さ平均値は，方法 1 よ り滑らかな変化になって，両振幅で最大 0.50 m/s 程 度の短周期変化に減少した． 5 ． 論     議 まず，方法 1 で得られた両振幅で最大 0.85 m/s 程 度の数分周期の平均音速変化について考察する．そこ で，1 月と 7 月の 2 回目の CTD 測定を行なった時間 帯で CTD と温度・圧力センサーによる測定データに 注目する．前述したとおり，同時に測定を行なうとき は，観測船のエンジンを止めた．このとき CTD 測器 は，鉛直に降下するが，温度・圧力センサーは，鉛直 方向からある角度で傾いて吊るされた状態であった． その後，時間が経つにつれ徐々に温度・圧力センサー は鉛直方向に並んだ．つまり，この時間帯で最深にあ る温度・圧力センサーと CTD 測器との空間的な隔た りは，およそ 500 m から 10 m 程度に変化したと推定 される．両測器の測定位置の違いが 500 m 程度の時 は，深さ方向での平均音速差が両振幅で最大 0.85 m/s であった．これに対し，10 m 程度までに測定位置が 近づくと，平均音速差が 0.25 m/s 以下になった．つ まり，この両振幅で最大 0.85 m/s 程度の数分周期の 平均音速変化は，海中音速の空間不均質構造に起因す

るものと考えられる．同様の理由で，方法 2 で得られ た両振幅で最大 0.50 m/s の数分周期の平均音速変化 も，空間不均質構造に起因すると考えられる．つまり， CTD と温度・圧力センサーの測定位置のずれにより， 両振幅 0.50-0.85 m/s で数分周期の平均音速変化が見 かけ上生じたと考えられる． 次に，温度・圧力センサーを曳航しているときにつ いても考察する．その間の温度・圧力センサーが固定 されたロープは，海面に対して傾いて入って曳航され ていた．そのために，計測値を時間でそろえて扱って しまうと，鉛直方向から傾いた海中音速プロファイル を作成したことになる．しかし，海中音速構造が水平 成層であるという仮定から，この傾いた音速プロファ イルと初期段階で作成した連続的な海中音速プロファ

Fig. 8 （Upper side）Temporal variation of depth profi les of acoustic velocity obtained by the method II. This variation were based on the continuous measurements of TP and CTD profi ling in （a）January, （b） February, （c）May, （d）June and （e）July, 2006. Measurement positions of TP sensors are denoted by four or fi ve white plots. （Lower side） Time-series of acoustic velocity average of each profi le in upper fi gure （blue plot）. Red crosses denote the averaged acoustic velocity measured by CTD only.

イルとはある程度一致するはずである．ところが，両 海中音速プロファイルは一致しなかった．これは，海 中音速構造を水平成層とした仮定と実際の構造とのず れを意味する．こうした誤差を補正するには，曳航中 の温度・圧力センサーの位置と海流や潮汐流の速度を 測定するか何らかの方法で推定しなければならない． 海底局位置解析手法のところでも記したが，同時推 定において，海中音速構造の時間変化を滑らかかつ連 続的に推定可能であれば，海底局位置決定精度が 2-3 cm 上がると考えられる．故に，温度圧力連続計測に よる海中音速データを同時推定に組み込むことで，海 底局位置決定精度の向上が実現される．しかし，この 測定した海中音速データは，上述のとおり，0.50-0.85 m/s の海中音速の空間変化の影響を受けている可能 性がある．駿河湾北東域において音響測距を行なう場 合の往復走時は，およそ 1-1.5 s であるので，片道の 波線距離は，0.25-0.60 m 程度変わってしまう．これ は，海底局位置の水平成分の大きな誤差要因となる． 今後，このような海中音速構造の時空間変化を考慮し た海底局位置解析手法の確立が必要になる． 6．結   論 CTD 測定と温度･圧力センサーの曳航測定をするこ とによって，観測船下の海中音速プロファイルを連続 的に測定した．そして，水平成層構造を仮定して，そ の測定された音速プロファイルから海中音速構造を 作成した．その音速構造から，深さ平均の海中音速の 時間変化データを作成した．海底局位置解析における 海中音速の時間変化推定で，この海中音速の時間変化 データを制約条件として利用することで，海底局位 置（特に，鉛直成分の）決定の精度向上が期待できる． しかし，現状では，その海中音速の時間変化データに は，両振幅で最大 0.50-0.85 m/s で数分周期の音速変 化がある．一方，CTD と温度・圧力センサーの測器 の違いによる音速値の誤差は，0.25 m/s であると見 積もられた．したがって，上述の数分周期の音速変化 は，主に海中の音速の空間的な不均質性に起因するも のと考えられる． 謝     辞 本報告で行なった洋上観測は，東海大学海洋学部所 有の調査船『北斗』を利用させて頂きました．揚野静 昭船長，桜井富春航海士，川畑広紀上級技術員，井筒 潤研究員，ならびに，東海大学海洋学部の学生の皆様 には，洋上観測での作業やデータ収録にご協力いただ きました．また，1 名の査読者の方には，内容や表現 を改善するのに有益なコメントを頂きました．ここに 記して感謝いたします． 引 用 文 献

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