九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
沿岸域の長周期波に関する研究
仲井, 圭二
https://doi.org/10.15017/1398543
出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：Fulltext available.
（ 別 紙 様 式 ２ ）
論 文 要 旨 区 分 甲 氏 名 仲 井 圭 二
論 文 題 名 沿 岸 域 の 長 周 期 波 に 関 す る 研 究
論 文 内 容 の 要 旨
周 期 数 秒 ～ 十 数 秒 の 波 浪 以 上 の 周 期 を 持 っ た 長 周 期 波 が 近 年 注 目 さ れ て い る 。例 え ば ，周 期3 0 s～3 0 0 s程 度 の 海 面 変 動 は ，港 内 に 着 桟 し た 大 型 船 舶 の 動 揺 の 原 因 と な り ， 港 内 の 稼 働 率 を 悪 化 さ せ て い る 。 ま た ，周 期 数 分 ～ 数 十 分 の 副 振 動 も ， 岸 壁 や 道 路 の 浸 水 ， 小 型 船 ・ 漁 船 の 転 覆 や 沈 没 に つ な が る 被 害 を も た ら す こ と が あ る 。
長 周 期 波 の 問 題 は 非 常 に 難 し く ，数 値 計 算 に よ っ て ほ ぼ 説 明 で き る 総 観 規 模 の 気 象 現 象 （ 低 気 圧 ， 台 風 等 ） や ， 海 上 風 の 分 布 か ら ほ ぼ 正 確 に 計 算 で き る 波 浪 と 比 べ る と ， 未 解 明 の 点 が 多 い 。 こ の た め ， 波 浪 が そ れ ほ ど 発 達 し て い な い の に も 関 わ ら ず ， 長 周 期 の 海 面 変 動 と そ れ に 伴 う 流 れ に よ り 被 害 が 発 生 す る こ と も 多 く ，実 際 に 供 用 さ れ て い る 港 湾 で も ， 十 分 な 対 策 が 取 ら れ ず に 問 題 が 発 生 し て い る の が 実 情 で あ る 。
本 研 究 で は ，こ の よ う な 現 状 の 下 ，長 周 期 波 に 関 す る 理 解 を 少 し で も 深 め る た め に ， 長 周 期 波 を 周 期 帯 で 分 類 し た 上 で ， そ の 特 性 を 明 ら か に し ， 今 後 の 予 測 ・ 対 策 の た め の 基 礎 的 資 料 を 作 成 す る こ と を 目 的 と し て 実 施 し た 。
第1章 で は ， 既 往 の 研 究 成 果 を 整 理 し な が ら ， 本 研 究 の 背 景 と 目 的 を 述 べ た 。 長 周 期 波 に 関 し て は ま だ ま だ 理 論 的 な 知 見 が 乏 し く ，観 測 さ れ た 資 料 の 解 析 方 法 に 関 し て も 発 展 途 上 で あ る 。 特 に ， 副 振 動 に 関 し て は ， 現 象 自 体 の 理 解 は 進 ん で い る が ， 発 生 条 件 が 正 確 に 分 か っ て い な い た め に ，突 然 発 生 し て 被 害 を も た ら す と い う こ と が 多 い 。
第2章 で は ， 長 周 期 波 の 周 期 帯 別 特 性 に つ い て 述 べ た 。 長 周 期 波 の 中 で も 相 対 的 に 周 期 の 短 い （3 0 0 s程 度 以 下 ） 成 分 は ， 波 浪 と 非 常 に 深 く 関 連 し て お り ， そ の 出 現 特 性 も 波 浪 の そ れ と 良 く 似 て い る 。 一 方 ，3 0 0 s程 度 以 上 の 成 分 は ， 必 ず し も 波 浪 と 関 連 し て お ら ず ， 波 浪 が 発 達 し て い な い と き で も 発 達 す る こ と が あ る 。 波 浪 や ，3 0 0 s程 度 以 下 の 長 周 期 波 は ，日 本 海 と 太 平 洋 と い う 別 の 海 域 に つ い て 見 る と ，殆 ど 相 関 が な い の が 通 常 で あ る が ，3 0 0 s程 度 以 上 の 成 分 に 関 し て は ，両 海 域 の 遠 く 離 れ た 地 点 同 士 で も 相 関 が 見 ら れ ，3 0 0 s以 下 の 成 分 と3 0 0 s以 上 の 成 分 と で は ， 発 生 ・ 発 達 の 機 構 が 異 な る こ と が 示 唆 さ れ る こ と を 示 し た 。
第3章 で は ，第2章 で 述 べ た 周 期 帯 の う ち ，周 期 が3 0 0 s程 度 以 下 の 成 分 に つ い て 扱 っ た 。 こ の 成 分 の 中 で も ， 波 浪 の 非 線 形 性 か ら 発 生 す る 成 分 （ 拘 束 波 ） の 大 き さ を 理 論 的 に 推 定 す る と と も に ，波 浪 や ，長 周 期 波 全 体 と の 関 係 に つ い て 調 べ た 。そ の 結 果 ， 拘 束 波 高 を ，有 義 波 高 と 方 向 集 中 度 ，波 浪 の 非 線 形 性 を 示 す ア ー セ ル 数 か ら 推 定 す る 実 験 式 を 提 案 し た 。
ま た ，平 常 時 の 長 周 期 波 は ，拘 束 波 で 説 明 で き な い 自 由 波 が 大 部 分 を 占 め る こ と を 示 し た 。拘 束 波 は 沿 岸 で 反 射 し て 自 由 波 に 変 化 す る と い う 説 が あ る が ，具 体 的 な 発 生 機 構 に つ い て 検 討 さ れ た 例 は な い 。G PS波 浪 計 地 点 の よ う な 深 海 域 で も 自 由 波 が 存 在 し て い る こ と か ら ，初 め か ら 自 由 波 自 体 が 生 成 さ れ る 可 能 性 も 否 定 で き な い 。そ こ で 本 章 で は ， 長 周 期 波 に つ い て ， 何 が 分 か っ て い て 何 が 分 か っ て い な い か を 整 理 し ， 今 後 研 究 を 進 め る 上 で 活 用 で き る よ う に し た 。
第4章 で は ， 微 気 圧 変 動 が 副 振 動 の 原 因 に な っ て い る こ と を ， 多 く の 観 測 地 点 の 資 料 を 用 い て 明 ら か に し た 。地 震 波 の ア レ イ デ ー タ 解 析 に 用 い ら れ る 波 数 ス ペ ク ト ル 解 析 の 手 法 を 応 用 し て ，微 気 圧 変 動 の 伝 播 速 度 と 方 向 を 算 出 し た 。 そ の 結 果 ， 微 気 圧 変 動 は ，低 気 圧 の よ う な 総 観 規 模 擾 乱 に 伴 っ て 発 生 す る が ，そ の 移 動 速 度 は 総 観 規 模 擾 乱 よ り も 速 く ， 総 観 規 模 擾 乱 と は 独 立 に 伝 播 す る こ と を 示 し た 。 微 気 圧 変 動 が
2 k m/ mi n程 度 の 速 度 で 九 州 周 辺 海 域 を 伝 播 す る と ， 海 洋 長 波 の 伝 播 速 度 と 一 致 し て 副
振 動 が 起 こ り 易 い こ と も 確 認 し た 。
副 振 動 が ，九 州 と そ の 周 辺 の み で 発 生 し た2擾 乱 と ，全 国 規 模 で 発 生 し た2擾 乱 の 合 計4擾 乱 に つ い て ， 微 気 圧 変 動 の 伝 播 方 向 を 解 析 し た 。 発 生 し た 場 所 が 九 州 と そ の 周 辺 の み か 全 国 か の 違 い は ，微 気 圧 変 動 の 伝 播 方 向 の 違 い が 原 因 で あ る こ と を 示 し た 。 即 ち ， 前 者 に 関 し て は ， 概 ね 西 か ら 東 に 微 気 圧 変 動 が 伝 播 す る た め ， 微 気 圧 変 動 が 特 に 大 き な 九 州 と そ の 周 辺 の み で 副 振 動 が 発 達 し た の に 対 し ，後 者 で は ，微 気 圧 変 動 が 南 西 か ら 北 東 に 向 か っ て 伝 播 し た た め に ，日 本 列 島 に 沿 う 形 に な り ，全 国 に 副 振 動 を も た ら し た も の と 考 え た 。
第5章 で は ， 本 研 究 の 内 容 を 取 り ま と め て 結 論 と し た 。 さ ら に 、 今 後 の 展 望 と し て 、 本 研 究 の 成 果 を 応 用 し て 、 長 周 期 波 の 予 測 に つ な げ る 可 能 性 に つ い て 述 べ た 。
