メ ソ気 象 ・波 浪 推 算 モ デ ル に よ る 2008年2月 の 寄 り廻 り波 の 再 現 計 算
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(2) 162. 海. 表‑1. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). の影 響 が 最 小 に な るよ う に工 夫 した.. アメダス の風 の観測値. (2) 波 浪 モ デ ル 波 浪 推 算 モ デ ル は,波 浪 の エ ネ ル ギ ー平 衡 方 程 式 を基 礎 式 と し,水 深,平. 均 流 の変 化 に 伴 う波 浪 の 屈 折,変 形. 特 性 を 考 慮 して い る.ソ ー ス項 は そ れ ぞ れ,風 か らの エ ネ ル ギ ー供 給 項,非. 線 形 干 渉 項,白. 波砕波 によ るエネル. 大 で8m/s程 度 以 下 で あ り,風 速 はや や小 さめ で あ った.. ギ ー 消 散 項 お よ び海 底 摩 擦 項 で構 成 され て い る.こ れ ら. この 結 果 か ら,佐 渡 沿 岸 に 来 襲 した高 波 浪 は沿 岸 で の 強. の ソー ス 項 は全 て波 浪 の 方 向 ス ペ ク トル密 度 に依 存 し,. 風 の 影 響 を受 けて お り,富 山 湾 内 の沿 岸 波 浪 は強 風 の影. 移 流 項 との バ ラ ンス で 方 向 ス ペ ク トル 密 度 が 決 定 され る. 響 は相 対 的 に 少 な か っ た もの と考 え られ る.. が,Wave. ま た,表‑2に. 日本 海 中部 沿 岸 に お け るナ ウ フ ァス の観. Watch. III(Tolman,. 2002)で は,風. に よるエ ネ. ル ギ ー 供 給 と 白波 砕 波 に よ る エ ネ ル ギ ー逸 散 とが バ ラ ン ス す る よ う に チ ュ ー ニ ン グ さ れ て い る.一 方,こ. 測 値 の 最 大 値 を 示 す.. 用 したSWANはCycle. 表‑2 波浪観 測値 の最大値. III version 40.51Aで. こで 使. あ り,風 に. よ る エ ネ ル ギ ー 供 給 はJanssen (1989, 1991),白. 波 砕波. に よ る エ ネ ル ギ ー 逸 散 はJanssen (1991)に よ って 与 え ら れ て い る.ま 用 し,さ. た,非 線 形 干 渉 項 の 計 算 で は4波 共 鳴 を 採. ら に極 浅 海 域 で は3波 共 鳴 に よ る エ ネ ル ギ ー シ. フ トを 考 慮 して い る.本 研 究 で は,上 述 のWWIIIお 注;富 山 お よび 輪 島 の観 測 値 は水 圧 補 正 を行 って い る.. びSWANを. 波 浪 の最 大 値 は,直 江 津(新 潟)で は23日 夜 に発 生 して. お よ び 波 浪 場 の計 算 領 域 を示 す.. 用 い て 再 現 計 算 を 行 った.図‑2に,風. よ 域場. い るの に対 して,富 山,伏 木 富 山 な ど は24日 午 後 と発 生 時期 が 遅 く,ま た,富. 山湾 周 辺 の 波 浪 は と く に周 期 が長. くな って い る こ とが わ か る.. 4. 波 浪 推 算 結 果 お よ び 考 察 図‑3にDomain. 1に お け る 海 上10mの 風 速 ベ ク トル の 空. 間 分 布 の 計 算 結 果 の一 部 を示 す.ま た,図‑4に. 3. 数 値 計 算 の 方 法. は,日 本. 海 沿 岸 に お け る風 速 の 再 現 値 と観 測 値 の 比 較 を示 す.強 冬 季 の 低 気 圧 に と も な う風 域 場 の 規 模 は,台 風 に比 べ. 風 時 前 後 で の 風 向 ・風 速 の 推 算 精 度 が と くに 重 要 で あ る. て広 く,ま た,風 向 の 変 化 が 遅 い の が 特 徴 で あ る.こ の. が,こ. れ らの 図 よ り低 気 圧 ボ ー ガ ス で 強 風 域 場 の再 現 性. た め,今 回 の よ うな 異 常 波 浪 を 推 算 す る た め に は,広 範. が 確 保 で きて い る と思 わ れ る.ま た,日 本 海 全 域 で の 風. 囲 に わ た る風 域 場 を 精 度 よ く再 現 し,ま た,能 登 半 島 や. ベ ク トル の 時 間 変 化 を 調 べ た結 果,北. 佐 渡 島 の 遮 蔽 効 果 等 海 域 や 陸域 の 地 形 の影 響 を で き る だ. した低 気 圧 に よ っ て北 東 方 向 か らの 強 風 が 連 吹 す る と と. け考 慮 す る こ とが 必 須 で あ る.本 研 究 で は,メ. も に,大 陸 か らゆ っ く りと 日本 海 を東 進 した 低気 圧 に よ っ. デ ル で あ るMM5 Model)に. (NCAR/PSU. ソ気 象 モ. 海道西方沖 に停滞. Fifth‑Generation Mesoscale. よ り風 域 場 を 再 現 し,波 浪 推 算 に は第 三 世 代. の波 浪 推 算 モ デ ル(WWIII,. SWAN)を. 用 い た.各 モ デ ル. の概 要 は以 下 の よ うで あ る. (1) 気 象 モ デ ルMM5 米 国 海 洋 大 気 圏 局(NOAA)のNational Atmospheric Research (NCAR)で. Center for. 開 発 さ れ た等 圧 面 座 標 系. で の 非 静 力 学 方 程 式 系 の メ ソス ケ ール 気 象 モ デル で あ る. Domain 1(空 間 刻 み36km),. Domain 2 (12km),. (4km)お よ びDomain 4(1.3km)の. Domain 3. ネ ス テ ィ ング計 算 を行 っ. た.気 象 場 の バ ッ ク グ ラ ウ ン ドデ ー タ,境 界 条 件,4次 元 デ ー タ同 化 に は 米 国 環 境 予 測 セ ンタ ー(NCEP)の. 全球. 解 析 値 を 用 い た.ま た,台 風 な み に 発 達 した爆 弾 低 気 圧 に対 して,低 気 圧 ボ ー ガ ス を援 用 して 強 風 域 場 の再 現 性 を 確 保 す る と と も に,最. 大 計 算 領 域 を120°E〜170°E. に設 定 し,太 平 洋 側 で の 気 象 場 の再 現 性 と東 側 境 界 条 件. 図‑2. 風域場お よび波浪場 の計算領域 と水位 および波浪観測点.
(3) メ ソ気 象 ・波 浪 推 算 モ デ ル に よ る2008年2月. 図‑3. 図‑4. の 寄 り廻 り波 の 再 現 計 算. 163. 地 上 風 ベク トルの空 間分 布 の時間変 化. 地 上風 の計算 値 と観測 風 との比 較(WS:風 速,WD:風. 向). て 北 西 方 向 か らの 強 風 が 連 吹 し,こ れ らが 佐 渡 沖 で 合 併. 計 算 値 の 結 果 を比 較 した.WWIIIの. して 北 西 〜 北 寄 りの 強 風 域 を長 時 間 形 成 した 過 程 も再 現. た 直 江 津,輪. さ れ て い る.. 干 大 きめ で あ る が,富 山 湾 内 の伏 木 富 山 で は計 算 値 が 観. 図‑5に は,Domain2〜4に 空 間 分 布(WWIIIの. お ける有義 波高 の最 大値 の. 結 果)を 示 した.佐 渡 沖 で 合 併 した 北. 西 〜 北 の強 風 の 継 続 時 間 が 長 か っ た た め,こ の 海 域 に 高. 測 周 期 を や や 下 回 り,波 SWANに. 結 果 は,外 洋 に 面 し. 島 で は 有 義 波 周 期 の計 算 値 が 観 測 値 よ り若. よ る波 高 は,観. 高 も小 さ め で あ る.一 測 値 お よ びWWIIIの. 方,. 結果より. も少 し小 さ めで あ るが,周 期 は外 洋 に面 した 直 江 津,輪. 波 浪 域 が 生 成 され て い る様 子 が 確 認 で き る.ま た,波 浪. 島で は観測 値 を下回 ってい るが、 湾 内 の伏木 富 山で は. 計 算 結 果 の経 時 変 化 か らは,富 山 湾 に は北 か ら の うね り. WWIIIと. が 侵 入 す る前 に,西 〜 北 西 の 高 波 浪 が能 登 半 島 を回 折 し. は,能 登 半 島 で の 回 折 効 果 を考 慮 して い るか ど うか に依. て 侵 入 して い る 様 子 が 確 認 で き た が,Domain3,4の. 存 して い る と思 わ れ る.寄. 計. ほ ぼ一 致 して る.伏. 木 富 山 の 波 高 の計 算 結 果. り廻 り波 の よ うな,う ね り の. 算 結 果 か ら も能 登 半 島 の 回 折 波 と北 か ら侵 入 した うね り. 半 島 や 島 周 辺 の波 浪 推 算 モ デ ル に よ る再 現 性 に は,回 折. が 重 畳 して寄 り廻 り波 を発 生 させ た様 子 が 確 認 さ れ た.. 効 果,順. 図‑6に 直 江 津,輪. 島,伏 木 富 山 に お け る波 浪 の 観 測 値 と. 逆 風 効 果 と合 わ せ て 検 討 の 余 地 が あ る.. さ らに,図‑7に. 佐 渡 島 の 北 東 付 近(鷲 崎 沖)お よ び 富.
(4) 164. 海. 岸. 工. 学. 論. 文. 集. 第55巻(2008). 図‑6. 波浪 の計算 結 果 と観 測値 の比 較. 23日20時 頃 局 所 的 な ピー クが 現 れ,こ れ は西 と北 西 の 強 風 に よ る風 波 の エ ネ ル ギ ー 成 分 と そ の あ と に続 い て 南 下 して き た うね りの エ ネ ル ギ ー成 分 の影 響 と考 え られ る. 一方 ,入 善 沖 で は23日20時 頃 の 局 所 的 な ピ ー ク は現 れ て な い ま ま24日00時 頃 のWSPとPSPの. 急 速 な分 離 変 化 が 現. れ て い る.こ れ は能 登 半 島 に よ り西 や北 西 の 強 風 に よ る 風 波 の 直 接 影 響 は な い ま ま北 か らの うね りの 成 分 が 介 入 さ れ て い る.こ れ が 寄 り廻 り波 の 成 分 で あ る と考 え られ る.入 善 と鷲 崎 の 中 間 で あ りな が ら,佐 渡 の 南 側 の背 後 に位 置 す る直 江 津 で の 波 高(図‑6)を 見 る と 開 放 側 で あ る 図‑5. 計 算領 域Domain 1,2,3に. おけ る最 大有 義波 高分 布. 山湾 の 中 央 付 近(入 善 沖)の 近 傍 計 算 点 に つ い て,風 波 と うね り の2つ の状 態 に対 して,各. 々の状態 の エネルギ ー. ピー ク に 対 応 す る周 波 数 を 推 定 した結 果(WWIIIの を示 す.図. 中,PWPは. 結 果). ス ペ ク トル の ピ ー ク 周 波 数,WS. 西 や北 西 強 風 に よ る23日20時 頃 の 波 高 が 南 下 して き た う ね りの成 分 よ り大 き い. 図‑8に は鷲 崎 沖 お よ び 伏 木 富 山 沖 にお け る方 向 ス ペ ク トル の 変 化(24日9時. 〜12時)を 示 す.い. ず れ も北 〜 北 東. の エ ネ ル ギ ー成 分 が 高 くな って い る.ま. た,鷲 崎 沖 の 波. 浪 は,広 範 な 方 向 分 布 を 示 して お り,進 行 した低 気 圧 が. Pは 風 波 の 生 成 が 活 発 な ス ペ ク トル帯 の ピー ク周 波 数 で. 台 風 と同 様 の 風 向 変 化 を与 え た も の と推 測 さ れ る.一 方,. あ る.図‑7と. 伏 木 富 山 沖 の波 浪 は方 向集 中 度 が 高 く,風 向 き と は 関係. 図‑3(地 上 風 空 間 分 布 の 時 間 変 化)に よ れ ば,. 鷲 崎 沖 で は24日06時 頃WSPとPWPが. 最 大 に な って お り,. な く波 浪 の低 周 波 成 分(寄 り廻 り波 の源)が 形 成 さ れ,卓.
(5) メ ソ気象 ・波 浪推 算 モデ ルに よる2008年2月 の寄 り廻 り波 の再現 計算. 165. 越 して い る様 子 が わ か る. 5. 結. 語. 本 研 究 の結 果 を 要 約 す れ ば,以 下 の よ うで あ る. (1) メ ソ気 象 モ デ ルMM5を. 用 い る こ と に よ り 日本 海 の広. 領 域 で の 冬 期 低 気 圧 に よ る気 象 場 を 再 現 し,さ. ら に第3. 世 代 波 浪 推 算 モ デ ル を用 い て,日 本 海 中部 沿 岸 に来 襲 し た 異 常 波 浪(寄 り廻 り波)の 波 浪 推 算 を行 った 結 果 、 波 浪 来 襲 時 の時 系 列 変 化 を精 度 よ く再 現 で きた. (2) 佐 渡 沖 に 来 襲 した 高 波 浪 は 、 台 風 と同 様 に 発 達 した 低 気 圧 に よ る強 風 の継 続 に よ って 発 生 した 異 常 波 浪 で あ り,一 方,富. 山 湾 内 に来 襲 し た高 波 は 北 西 風 に よ る回 折. 波 と 北 か ら南 下 した う ね り と重 畳 した 異 常 波 浪(寄 り廻 図‑7. うね りと風波 の ピー ク周期 の時系 列変 化. り波)で あ る. (3) 波 浪 の観 測 値 と推 算 値 との 比 較 結 果 は,ほ. ぼ良 好 で. あ る が,波 高 ・周 期 と も に回 折 領 域 で は推 算 値 が や や 過 小 と な る傾 向 が あ る.こ れ らの結 果 か ら,回 折 領 域 で の 解 析 に つ い て は今 後,改. 善 の余 地 が あ る と言 え よ う.. 本 研 究 で 利 用 した 波 浪 観 測 デ ー タ は,全 国 港 湾 海 洋 波 浪 情 報 網(NOWPHAS)に. よ る観 測 デ ー タで あ る.ま. た,. 日本 海 沿 岸 の観 測 風,地. 上 天 気 図 な ど の気 象 資 料 は気 象. 庁 ホ ー ム ペ ー ジか ら提 供 さ れ て い る も の を用 い た.こ. こ. に 明 記 し,多 くの 関 係 者 に対 して 謝 意 を表 明 す る.. 参. 考. 文. 献. Janssen, P.A.E.M. (1989). Wave induced stress and the drag of air flow over sea waves, J. Phys. Oceanogr., 19, pp.745-754. Janssen, P.A.E.M. (1991). Quasi-linear theory of wind wave generation applied to wave forecasting, J. Phys. Oceanogr., 21,. (a). 鷲崎 沖. (b) 伏木 富 山沖 図‑8. 方 向 ス ペ ク トル の 計 算 結 果. pp.1631-1642. Tolman, H.L. (2002): User manual and system documentation of WAVEWATCH-III version 2.22, MMAB..
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