資料 2-1 コアサービスが提供するプロダクトメニュー ( 波浪 ) 平成 26 年度海洋 宇宙連携委員会 End-to-End ユーザグループ 第 2 回検討会 ( 合同 ) 平成 26 年 11 月 13 日

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1 資料 2-1 コアサービスが提供するプロダクトメニュー ( 波浪 ) 平成 26 年度海洋 宇宙連携委員会 End-to-End ユーザグループ 第 2 回検討会 ( 合同 ) 平成 26 年 11 月 13 日

2 コアサービスが提供するプロダクトメニュー ( 波浪 ) (1) 波浪プロダクトの現状 (2) コアサービスから提供される波浪プロダクトメニュー案 (3) 参考 : ニーズ調査結果とのギャップアナリシス (4) 参考 : 波浪観測の特徴 1

3 (1) 波浪プロダクトの現状 利用可能な波浪プロダクトの定性的特徴 利用可能な波浪プロダクトの定量的特徴 2

4 利用可能な波浪プロダクトの定性的特徴 レベル特徴代表的な提供データ L2 プロダクト 衛星単一センサのスワスデータ センサ毎に得られる物理量が異なる直下型高度計 - 有義波高合成開口レーダ (SAR) - 波浪スペクトル ( 波高 波向 周期 ) 実開口レーダ (Real Aperture Radar)( 計画中 ) - 波浪スペクトル ( 波高 波向 周期 ) Jason-2 ( 高度計 ) Operational Geophysical Data Record (NOAA EUMETSAT) Sentinel-1(SAR) Ocean Swell Spectra Component (ESA) L2 プロダクト L4 プロダクト ある一定期間分の L2 プロダクトをマージし 外挿や内挿で欠損値を補完したグリッドデータ 主要な物理量は 有義波高と後方散乱係数 Gridded Wave products(cnes AVISO) L4 プロダクト 予測プロダクト 波浪モデルによるアウトプットデータやプロダクト 主要な物理量は 波高 波向 周期 (wave swell) 沿岸波浪数値予報モデル GPV (CWM) ( 気象業務支援センター ) WW3 - FNMOC Wave Watch III (USGODAE, NOAA NCEP) 現業では 波浪モデルによる予測データの利用が中心 衛星観測データは モデルへの利用や研究利用が中心 予測プロダクト 3

5 利用可能な波浪プロダクトの定量的特徴 (L2) レベル状態名称 L2 既存 計画 SARAL/AltiKa Operational Geophysical Data Record Jason-2/POSEIDON-3 Operational Geophysical Data Record Cryosat-2 Altimeter Interim Geophysical Data Record Sentinel-1 Level2 Ocean Swell Spectra Component (OSW) 提供範囲 Global Global 解像度 ( 空間間隔 ) (90km) (300km) 提供可能頻度 ( ある地点におけ時間遅れ総括る観測頻度 ) 14 回 / 日 (1 回 /35 日 ) 12 回 / 日 (1 回 /10 日 ) 4 3-5H 3-5H Global (7.5km) (1 回 /369 日 ) 2-3 日 Global 100 km (1 回 /35 日 ) - Jason-3/POSEIDON-3B Altimeter Global (300km) (1 回 /10 日 ) - HY-2B/ALT Global - (1 回 /14 日 ) - HY-2C/ALT Global - (1 回 /14 日 ) - HY-2D/ALT Global - (1 回 /14 日 ) - Sentinel-3A/SRAL Global (104km) (1 回 /13.5 日 ) - Sentinel-3B/SRAL Global (104km) (1 回 /13.5 日 ) - Sentinel-3C/SRAL Global (104km) (1 回 /13.5 日 ) - CFOSAT/SWIM Global 70km (1 回 /13 日 ) - 直下型高度計 空間間隔 : km程度ある地点における提供頻度 : 日程度時間遅れ : 3-5H 程度備考 : 有義波高を計測可能提供時間や精度の違いにより OGDR,IGDR,GDRなどのプロダクトが存在 ( 波浪モデルの同化には 主にOGDRを利用 ) 合成開口レーダ(SAR) 空間間隔 : 100km程度ある地点における提供頻度 : 35 日程度備考 : 波浪スペクトル ( 波高 波向 周期 ) を計測可能 < 既存プロダクトとの差異 > 複数衛星のコンステレーション体制により観測頻度向上が期待される 実開口レーダ (Real Aperture Radar) ある一点における提供頻度 : 13 日程度備考 : 波浪スペクトル ( 波高 波向 周期 ) を計測可能 空間間隔 : km 観測頻度 :10-30 日 時間遅れ :3-5H 程度の有義波高プロダクトを提供 波高 波向 周期に関しては 合成開口レーダや計画中の実開口レーダにより計測可能 ECMWF( 欧州中期予測センター ) や NCEP( 米国環境予測センター ) では 衛星波浪データを波浪モデルのデータ同化に利用

6 利用可能な波浪プロダクトの定量的特徴 (L4) レベル状態名称提供範囲解像度提供可能頻度時間遅れ総括 L4 既存 Gridded Wave Monomission products(aviso) Gridded Wave Multimission products(aviso) Global 100km 1 回 / 日 ( 運用停止中 ) 5,6 日程度 Global 100km 1 回 / 日 2,3 日程度 解像度 :100km程度提供可能頻度 :1 回 / 日時間遅れ : 準リアルタイム補足 :5 日間の観測データ (IGDR) を使用研究利用のみ可解像度 :100km程度提供可能頻度 :1 回 / 日時間遅れ : 準リアルタイム補足 :2 日間の衛星観測データ (IGDR) を使用研究利用のみ可 L4 波浪プロダクトは 解像度 :100 km 提供頻度 :1 回 / 日程度で提供 海外では 海洋気象学 大気海洋輸送の研究で利用 5

7 利用可能な波浪プロダクトの定量的特徴 ( 予測 ) レベル状態名称提供範囲解像度 予測 既存 沿岸波浪数値予報モデルGPV (CWM) 全球波浪数値予報モデルGPV (GWM) WW3 - FNMOC Wave Watch III (USGODAE, NOAA NCEP) 日本周辺海域 5.0km Global 50km 提供可能頻度 ( 予測間隔 ) 4 回 / 日 ( 予測間隔は3H) 4 回 / 日 ( 予測間隔は6H) Global 100km 2 回 / 日 - 時間遅れ - - 総括 日本周辺海域 解像度 :5.0 km程度予測間隔 :3H Global 解像度 :50 km程度提供可能頻度 :6H 日本周辺海域の予測データは 解像度 :5.0 km 予測間隔 :3H で提供 全球予測プロダクトは 解像度 :50 km 予測間隔 :6H で提供 衛星海上風データをモデルの入力とすることにより 波浪予測の精度向上が可能 6

8 (2) コアサービスから提供される波浪プロダクトメニュー案 波浪プロダクトメニュー案の作成とニーズへの対応 コアサービスから提供される波浪プロダクトメニュー案 7

9 波浪プロダクトメニュー案の作成とニーズへの対応 本検討会での検討内容 各機関より提供されている利用可能な波浪プロダクト 作成 コアサービスの波浪プロダクトメニュー案 既存 計画 ニーズ調査結果 ギャップ分析 L2 プロダクト L4 プロダクト ユーザ要求書 反映 予測プロダクト 1 各機関より提供される利用可能なプロダクトをもとに シーズベースでコアサービスのプロダクトメニュー案を作成する 2 ニーズ調査結果とのギャップ分析を元に プロダクトメニューの改定やニーズへの適応を検討する 3 コアサービスの波浪プロダクトメニュー案として ユーザ要求書に反映する 8

10 コアサービスから提供される波浪プロダクトメニュー案 レベル状態名称提供範囲解像度提供可能頻度時間遅れ L2 既存既存 L2 波浪プロダクト 計画計画中 L2 波浪プロダクト 日本周辺海域 Global 日本周辺海域 Global km km 回 / 日 ( ある地点における観測頻度は 日毎 ) 複数衛星のデータセットにより数日更新が可能 L4 既存既存 L4プロダクト Global 100km 1 回 / 日 2,3 日程度 4 回 / 日日本周辺海域 5.0km - ( 予測間隔は3H 毎 ) 予測既存既存予測プロダクト 4 回 / 日 Global 50km - ( 予測間隔は6H 毎 ) 複数衛星の L2 プロダクトのデータセットを揃え リアルタイム提供を検討する 複数の衛星データを組み合わせた欠損がない高次プロダクトの提供を検討する 予測プロダクトの高分解能 高頻度提供を検討する 3-5H - 9

11 (3) 参考 : ニーズ調査結果とのギャップアナリシス 波浪プロダクトメニュー案とニーズマッピング 波浪プロダクトメニュー案とニーズ対応まとめ 10

12 波浪プロダクトメニュー案とニーズマッピング 計画中 L2 プロダクト 既存 L2 プロダクト 既存 L4 プロダクト 予測プロダクト 沿岸域のニーズを考慮した場合の波浪ユーザ要求 衛星観測プロダクトのみではニーズへの対応は難しい 今後 高解像度 高頻度の予測プロダクトが期待される 11

13 波浪プロダクトメニュー案とニーズ対応まとめ 経済航行や再生可能エネルギー開発等のニーズは 高解像度 高頻度のデータが必須となる 衛星観測プロダクトは補足的な利用を想定し in-situ データや予測プロダクトを重視した対応方法を検討する必要がある 衛星海上風データをモデルの入力とした波浪予測の精度向上が期待されている 更に ECMWF( 欧州中期予測センター ) や NCEP( 米国環境予測センター ) では衛星波浪データを用いた波浪モデルのデータ同化が実施されており 予測誤差を大きく減らすことが報告されている 衛星観測プロダクトは 精度向上を目的としたモデルへの利用あるいは 海洋気象学 大気海洋輸送等の研究等が考えられる 現在提供されている予測プロダクトの更なる高解像度 高頻度化 衛星データの同化による精度向上 浅海効果を取り入れたプロダクトの提供が期待される 次世代 AIS を用いた 波浪情報等の海洋環境情報の船舶間相互データ交換などが構想として考えられている 12

14 (4) 参考 : 波浪観測の特徴 衛星観測の特徴 センサ別 実開口レーダの原理 CFOSAT/SWIMについて in-situ 観測の特徴 - 観測手法別 モデルデータの特徴 気象業務支援センター 次世代 AISを用いた海洋環境情報のデータ交換 13

15 参考 衛星観測の特徴 センサ別 直下型高度計 有義波高 (Hs) を観測 波向の情報はなし 空間解像度が低い ( 軌道間隔 ~200km) 合成開口レーダ (SAR) 波浪観測モードによる二次元波浪スペクトル (Hs 主要周期 波向 ) を観測 回帰周期 :35 日程度 軌道沿い 100km 間隔 衛星進行方向の検出精度が低い ( 方向による精度依存性が大きい ) 実開口レーダ (Real-aperture Radar) 計画中 70 70km 空間サンプリングの波浪スペクトル (Hs 主要周期 波向 ) を観測 回帰周期 :13 日 (SWIM(2018 年打ち上げ予定 )) レンジ方向に圧縮を行って分解能をあげることで波浪計測を実現 同一地点での多方向観測により方向波浪スペクトルを算出 ( 方向による精度依存性が小さい ) 14

16 参考 実開口レーダの原理 チャープ信号によりレンジ ( 照射方向 ) 方向に圧縮を行い分解能を向上させて波浪の傾きによる後方散乱断面積の変調を観測 視線方向の波浪スペクトル スキャニングによる多方向観測により方向波浪スペクトルを算出 Hauser and Liu (2007), Blobwave Workshop Directional wave spectrum Hauser et al. (2011), Blobwave user meeting 15

17 参考 CFOSAT/SWIM について 衛星名 :China France Oceanography Satellite (CFOSAT) センサ名 :(1) Surface Wave Investigation and Monitoring (SWIM) (2) a scatterometer SCAT 機関 :CNSA( 中国 ) CNES( フランス ) 打ち上げ予定 :2018 年 ミッション : 海表面の風 波を測定することにより 以下を改善させること 1 重度のイベントを含む 風と波に関する海洋気象予報 2 海洋力学モデリングと予測 3 気候変動の知見 4 風と波に関する海表面過程の基礎的知見 特徴 : 周波数 :Ku-bandレーダー(13.575GHz) 回帰周期 :13 日計測パラメータ : [ 直下観測 ] Hs 風速( 高度計計測と同様 ) [6,8,10 ビーム] 70 70km 空間サンプリングの波浪スペクトル ( 検出波長 :70-500m) 出典 :CNES Hs 主要周期 波向 海面勾配の統計量 16

18 参考 in-situ 観測の特徴 観測手法別 観測手法 特徴 目視 船舶 データ数が多く 即時性や船舶が遭遇する波浪の特定という観点で重要 人が目視で計測するため 精度は低い 最新の情報は一般に公開されていない 1978 年から1997 年までの20 年間 総測点数 : 約 85 万点 (JODC) レーダ式 地上 マイクロ波を用いて 有義波高 波向及び周期を計測することが可能 海上保安庁では 日本各地約 15 地点を計測 気象庁では 6 地点を計測 ( 北海道 宮城県 静岡県 京都 長崎県 鹿児島 ) 船舶 一般に情報は公開されていないレーダー波浪観測装置は, 船舶用レーダーをセンサとして使用し, 観測された海面反射から得られる波浪の縞模様のパターンを解析することにより波向き, 波高, 波長, 波速を算出する 2014/4/30 日本郵船 MTI 気象庁 日本無線が 船舶による波浪スペクトル観測データを活用した共同研究を開始 海底設置式 ブイ 種類として 超音波型や水圧型があり 波高 波向 周期を計測 国交省港湾湾局のナウファスで約 60 地点を計測 GPS 波浪計 ブイ GPSによって海面の運動を推定し 波高 波向 周期を計測 国交省港湾湾局のナウファスで約 15 地点を計測 漂流ブイ ブイ 有義波高 有義波周期等を3 時間毎に計測 気象庁では日本周辺を4つの海域に分け 各海域に年間 4 基で計測 17

19 参考 モデルデータの特徴 気象業務支援センター 気象庁の波浪モデルデータは 気象業務支援センターで購入し コアサービスの予測プロダクトとして 提供することが可能 全球波浪数値予報モデル GPV (GWM) 沿岸波浪数値予報モデル GPV (CWM) 沿岸波浪実況格子点資料 沿岸波浪予想格子点資料 データ利用時にかかる費用は以下の通り 開設時負担金( 初回のみ ) : 接続する受信端末 1 台につき 54,000 円 基本負担金( 月額 ) : データを受信する事業所につき 8,640 円 情報別負担金( 月額 ) : 全球波浪モデルGPV (GWM) 11,100 円沿岸波浪モデルGPV (CWM) 12,960 円沿岸波浪実況格子点資料 8,040 円沿岸波浪予想格子点資料 8,040 円 通信設備負担金( 月額 ) : 専用線 3,390 円 ( 配信 :FTP 方式 ) IP-VPN 16,560 円インターネット 9,670 円 18

20 参考 次世代 AIS を用いた海洋環境情報のデータ交換 AIS とは 船舶自動識別装置 (AIS:Automatic Identification System) は 船舶の識別符号 種類 位置 針路 速力 航行状態及びその他の安全に関する情報を自動的に VHF 帯電波で送受信し 船舶局相互間及び船舶局と陸上局の航行援助施設等との間で情報の交換を行うシステム 次世代 AIS の活用 出典 : 海上保安庁 AIS は 本来 航行の安全を支援する目的で開発されたが デジタルデータを送受信し 衛星探知が可能なことから 海洋監視等の様々な目的で活用されてきている しかし AIS 回線が混雑し 本来の目的を損なう恐れがでてきたため 国際航路標識協会 (IALA) は 次世代 AIS となる VHF データ交換システム (VDES) の開発に着手している VDES の特長の一つとして 衛星との双方向通信機能が検討されており 船舶 海洋への宇宙利用がさらに進むことが期待されている 次世代 AIS を用いた 海洋環境情報等の船舶間相互データ交換などが構想として考えられている 19

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