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論文

Development of regional downscaling capability in STEAMER ocean prediction system based on multi-nested ROMS model

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*

Journal of Nuclear Science and Technology, 56(8), p.752 - 763, 2019/08

STEAMERにROMSによるダウンスケーリングシステムを導入し、海況場及び原子力施設から放出された放射性物質の濃度分布の詳細な予報値が計算可能となるシステムを構築した。構築したシステムを用いて2016年1月寒冷期の福島県沖のサブメソスケール現象及び潮汐が流動構造、濃度分布に与える影響を評価した。その結果、解析領域での寒冷期の濃度分散、三次元的な物質混合にはサブメソスケール現象による寄与が大きいことが示唆された。潮汐は水平の混合を抑制する一方で鉛直混合を強化し、結果として潮汐非考慮では見られなかった放出口近傍沿岸に張り付いた濃度分布を形成していた。潮汐による寄与はサブメソスケール現象に比べて小さいが、濃度希釈過程に影響を及ぼすことが示唆された。

論文

Fukushima $$^{137}$$Cs releases dispersion modelling over the Pacific Ocean; Comparisons of models with water, sediment and biota data

Peri$'a$$~n$ez, R.*; Bezhenar, R.*; Brovchenko, I.*; Jung, K. T.*; 上平 雄基; Kim, K. O.*; 小林 卓也; Liptak, L.*; Maderich, V.*; Min, B. I.*; et al.

Journal of Environmental Radioactivity, 198, p.50 - 63, 2019/03

 パーセンタイル:100(Environmental Sciences)

北西太平洋海域における福島第一原子力発電所事故起源の$$^{137}$$Cs放出に対して、複数の海洋拡散モデルを適用し、モデル対モデル及びモデル対観測の比較を実施した。シミュレーション期間は2年間とし、施設から海洋への直接放出と大気から海洋表層への沈着過程を考慮した。海洋拡散モデルには生物モデルが導入されている。シミュレーション結果は海水中,堆積物中,海産生物中の$$^{137}$$Cs濃度で比較した。その結果、モデル対モデル及びモデル対観測の比較において、妥当な結果が得られた。

報告書

沿岸域におけるサブメソスケール渦混合に伴う物質輸送に関する研究(学位論文)

上平 雄基

JAEA-Review 2018-021, 79 Pages, 2018/12

JAEA-Review-2018-021.pdf:6.33MB

広大な海洋環境を有する日本にとって、周辺の陸棚域、沿岸域の海洋流動構造を把握する海洋アセスメントは、水産資源, 海底資源, 国防, 防災, 気象など、様々な観点から重要となる。そこで、本研究では海洋アセスメントシステムへの高解像度モデルの適用性を検討することを目的とし、サンゴ礁の保全、放射性物質による海洋汚染状況の把握の観点から海洋アセスメントの必要性に迫られていた琉球諸島周辺海域及び東北地方太平洋沿岸海域を対象にし、領域海洋モデル(ROMS)を用いた2段階のネスティングにより水平解像度1kmまで細密化したサブメソスケール渦解像海洋モデリングシステムを開発した。また、現業海洋アセスメントシステムへのサブメソスケール渦解像海洋モデルの適用先として日本原子力研究開発機構が開発した緊急時海洋環境放射能評価システム(STEAMER)へのROMSダウンスケーリングシステムへの導入を検討した。その結果、本研究で開発したサブメソスケール渦解像海洋モデリングシステムは、いずれも精緻に海況場を再現していた。また、eddy heat flux解析や渦運動エネルギー収支解析結果から、熱や放射性物質のサブメソスケール渦に伴う3次元的な物質混合の発達メカニズムには傾圧不安定、シア不安定が強く影響していることを示した。これらの結果より、精緻な海洋アセスメントシステム構築にはダウンスケーリングによる高解像度化が重要な役割を果たすことが示された。

論文

Influences of the Kuroshio on interisland remote connectivity of corals across the Nansei Archipelago in the East China Sea

内山 雄介*; 小谷 瑳千花*; 鹿島 基彦*; 上平 雄基; 御手洗 哲司*

Journal of Geophysical Research; Oceans (Internet), 123(12), p.9245 - 9265, 2018/12

本研究では、琉球諸島周辺を対象とした3次元流動再解析値及び、サンゴの卵と浮遊幼生を想定したLagrange粒子追跡計算を行い、漂流ブイや衛星観測データとの比較を行った。また、琉球諸島におけるコネクティビティを定量化するともに、特に黒潮の影響を受けて長距離移動する粒子の分散過程に着目した解析を実施した。その結果、シミュレーション結果は観測結果を良好に再現していた。また、放出された粒子の大部分は放出された海域に留まるが、黒潮によって1000km以上輸送される粒子も多数見られた。特に八重山諸島北部から放出された粒子は黒潮にトラップされやすく、北東方向へ長距離移動するのに対し、八重山諸島南部から放出された粒子は東向き流速の影響を受けて黒潮にトラップされにくくなり、南から東方向へ輸送されることが示唆された。

論文

ラグランジュ粒子追跡による沖縄本島周辺海域における海洋生態系ネットワーク構造の高解像度数値解析

内山 雄介*; 宮川 翼*; 小谷 瑳千花*; 上平 雄基; 小谷 瑳千花*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 74(2), p.I_1291 - I_1296, 2018/11

領域海洋モデルROMSによる水平解像度250mの3次元流動再解析値を用いてサンゴの卵と浮遊幼生を想定したラグランジュ粒子追跡計算を行い、沖縄本島周辺海域における近距離コネクティビティの形成過程に関する数値解析を行なった。その結果、放流された粒子は沖合数km程度の海域を浮遊し、黒潮や琉球海流の影響に伴う本島周りの東西海岸への北東向き分岐流にその大局的な輸送が支配されることが示唆された。

論文

Submesoscale mixing on initial dilution of radionuclides released from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

上平 雄基; 内山 雄介*; 川村 英之; 小林 卓也; 古野 朗子

Journal of Geophysical Research; Oceans (Internet), 123(4), p.2808 - 2828, 2018/04

本研究では、ダウンスケーリングによる沿岸域の高解像度モデルを導入した高度な海洋拡散予測システムを用いて、福島第一原子力発電所事故に適用し、水平スケールが数キロメートルのサブメソスケールの海象に伴う$$^{137}$$Csの海洋中移行過程を解析した。その結果、事故直後に福島県沖で発達していたサブメソスケール渦に伴う鉛直循環流によって$$^{137}$$Csが中深層に活発に輸送されていた。また、これらのサブメソスケール渦はシア不安定と傾圧不安定との相乗的な効果によって強化されていた可能性がスペクトル解析から示された。

論文

台風201326号出水に伴う新田川起源懸濁態放射性核種の沿岸域でのインベントリ解析

内山 雄介*; 東 晃平*; 小谷 瑳千花*; 岩崎 理樹*; 津旨 大輔*; 上平 雄基; 清水 康行*; 恩田 裕一*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 73(2), p.I_685 - I_690, 2017/10

福島新田川流域には原子力発電所事故直後に大量の放射性セシウム137($$^{137}$$Cs)が大気経由で沈着し、高濃度の懸濁態$$^{137}$$Csとして河道に集積したのち、出水毎に間欠的に海域へ供給され、沿岸域の底質環境に影響を与え続けている。本研究では、4段ネストJCOPE2-ROMS海洋モデル、波浪推算モデルSWAN、河川土砂流出モデルiRIC-Nays2DH、混合粒径土砂3次元海洋輸送モデル、放射性核種吸着モデルを連成させた超高解像度広域での土砂およびそれらに吸着した懸濁態$$^{137}$$Csの海洋移流分散モデリングを行い、台風201326号出水イベントに伴う新田川起源土砂の河口・沿岸域における輸送、再懸濁、堆積、浸食過程の時空間特性を評価した。その結果、台風通過直後に新田川から海域へ流入した懸濁態$$^{137}$$Csの総量の約45.3%は河口1km圏内に堆積していた。さらに、浅海域における沿岸漂砂の輸送には南方向への偏りがみられた。以上の結果は現地調査結果とも整合的であった。

論文

琉球諸島周辺海域における生態系ネットワーク形成に対する黒潮の影響について

小谷 瑳千花*; 内山 雄介*; 鹿島 基彦*; 上平 雄基; 御手洗 哲司*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 73(2), p.I_1315 - I_1320, 2017/10

本研究では、琉球諸島周辺を対象とした3次元流動再解析値を用いてサンゴの卵と浮遊幼生を想定したLagrange粒子追跡計算を行い、漂流ブイ観測との比較を行った。また、琉球諸島におけるコネクティビティを定量化するともに、特に黒潮の影響を受けて長距離移動する粒子の分散過程に着目した解析を実施した。シミュレーション結果は漂流ブイ観測結果を良好に再現していた。また、石西礁湖北部から放出される粒子は黒潮にトラップされやすく、北東方向へ長距離移動するのに対し、石西礁湖南部では東向き流速の影響を受けると黒潮にトラップされにくくなり、南から東方向へ輸送されることがわかった。黒潮によって北東方向へ輸送された粒子は、黒潮と沖縄本島間に発生するメソスケール渦に伴う黒潮反流によって黒潮を離脱し、沖縄本島へ接近することが示唆された。

論文

Eddy-induced transport of the Kuroshio warm water around the Ryukyu Islands in the East China Sea

上平 雄基; 内山 雄介*; 御手洗 哲司*

Continental Shelf Research, 143, p.206 - 218, 2017/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:13.38(Oceanography)

沖縄本島を含む琉球諸島周辺海域を対象とした2段ネストJCOPE2-ROMSダウンスケーリング海洋モデルを用いて、本海域特有のサブメソスケール(SMS)乱流の発達とそれに伴う3次元的な物質混合過程を評価するべく、季節変動成分を除去した渦成分に対してeddy heat flux (EHF)解析を行った。EHFに対してHelmholtz分解を適用することで、EHFを黒潮流軸成分と直交成分とに分解し、その3次元構造について検討した、その結果、本海域では、傾圧不安定と地形性シアの相乗的な効果により、黒潮流軸に対して東シナ海側では低気圧性のSMS渦が表層および水深500m程度の中層に発達すること、反対に沖縄本島側では混合層周辺に高気圧性のSMS渦が発生すること、およびその両者によって黒潮横断方向の渦熱輸送が3次元的に促進されていることを見出した。

論文

Development of a short-term emergency assessment system of the marine environmental radioactivity around Japan

小林 卓也; 川村 英之; 藤井 克治*; 上平 雄基

Journal of Nuclear Science and Technology, 54(5), p.609 - 616, 2017/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:42.02(Nuclear Science & Technology)

東京電力福島第一原子力発電所事故により環境中に放出された放射性物質は、北太平洋、特に本州北東部の沿岸海域に深刻な海洋汚染を引き起こした。このようなシビアアクシデントにより海洋に放出される放射性物質の海洋中移行を調べるために、日本原子力研究開発機構は日本周辺海域における放射性物質濃度を予測する緊急時海洋環境放射能評価システム(STEAMER)を開発した。STEAMERを緊急時環境線量情報予測システム(世界版)WSPEEDI-IIと結合して用いることで、大気および海洋環境中における正確な放射能汚染予測が可能となる。本論文では、STEAMERに海洋データの入力として用いる2種類の3次元海流場、海洋中放射性物質拡散モデル、モデルの適用例、そしてSTEAMERの機能について記述した。

論文

福島県沖海域を対象とした海洋拡散予測システムの開発と検証

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 72(2), p.I_451 - I_456, 2016/11

福島第一原子力発電所事故を教訓として、緊急時に放射性核種の海洋拡散を予測するシステムの必要性が高まっている。日本原子力研究開発機構(JAEA)では海洋拡散予測システムの開発を行ってきたが、本研究ではダウンスケーリングによる沿岸域の高解像度モデルを導入することで、システムを高度化することを目的とした。さらに、本システムを福島第一原子力発電所事故に適用することで、これまで再現することが困難であった水平スケールが数キロメートルのサブメソスケールの海象に伴う$$^{137}$$Csの海洋中移行過程を解析し、システムの検証を行った。その結果、シミュレーションによる流速場は人工衛星で観測された時空間変動をよく捉えつつ、高解像度化に伴うフロントや渦の強化を表現できていること、及び、沿岸域、中深層での$$^{137}$$Cs濃度分布の再現性の向上が確認された。また、事故から約3か月間、福島県沖海域では海面冷却や前線不安定に伴うサブメソスケールの渦が卓越し、それらの渦により強化された下降流により、$$^{137}$$Csが中深層に活発に輸送されていた可能性が示唆された。

論文

黒潮暖水波及に伴う沖縄本島周辺海域における非対称海洋構造の形成機構

内山 雄介*; 小谷 瑳千花*; 山西 琢文*; 上平 雄基; 御手洗 哲司*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 72(2), p.I_481 - I_486, 2016/11

琉球諸島周辺海域に生息するサンゴ礁が地球温暖化などの影響によって白化や衰退が進展しており、サンゴ礁保護のために周辺の流動構造、特に黒潮波及効果を評価することは重要である。そこで、米国で開発された領域海洋モデルROMSを用いて沖縄本島周辺の海洋構造の東西の非対称性の実態把握を行い、黒潮反流の発生特性に関する解析を実施した。その結果、渡嘉敷海域での南下流の発達は黒潮-本島間に発生する負のメソスケール渦である黒潮反流の発達によって惹起されており、反流は春季に強化され、冬季に弱化していたことがわかった。この反流の消長は同海域におけるサブメソスケール渦の季節的な発達特性と相関があることが示された。

論文

琉球諸島周辺海域におけるeddy heat fluxを用いたサブメソスケール乱流混合強化メカニズムの解析

上平 雄基; 内山 雄介*; 御手洗 哲司*; 仲田 尚平*

土木学会論文集,B2(海岸工学)(インターネット), 71(2), p.I_1219 - I_1224, 2015/11

BB2015-0179.pdf:4.2MB

沖縄本島を含む琉球諸島周辺海域では豊かなサンゴ礁生態系が形成されており、地球環境保全の観点からもその保護が望まれている。また黒潮暖流は本海域の環境に強い影響を及ぼすことが知られており、サンゴ浮遊幼生や栄養塩等の輸送、生態系ネットワークの形成に対してその波及効果を正確に把握、定量化することが重要となる。これに対して著者らは、本海域を対象とした高解像度ダウンスケールモデルによる数値実験を行い、黒潮と琉球諸島の間の海洋表層では、発達する負のサブメソスケール(SMS)渦によって活発な海水交換と黒潮の波及が促進されていることをこれまでの研究で示した。本研究では、既に開発した2段ネスト海洋モデルを用い、SMS乱流の発達とそれに伴う3次元的な物質混合が本海域の海洋環境に及ぼす影響を評価することを最終目的として、詳細な乱流統計解析を行った。その結果、黒潮流軸の西側では黒潮と陸棚斜面による地形性シアの影響によって低気圧性のサブメソスケール渦が、黒潮の東側では黒潮と琉球海嶺の地形と島嶼群による地形性シアの影響により高気圧性のサブメソスケール渦が発生し、これらが熱輸送を促進していることがEddy heat flux解析によって見出された。

口頭

Effect of submesoscale eddies on oceanic dispersion of materials in a coastal area off Fukushima analyzed with a downscaling system

上平 雄基; 川村 英之

no journal, , 

近年の研究成果から、陸棚や沿岸域では、水平スケールが数十キロメートルの準中規模渦による乱流拡散が物質輸送に大きな影響を与えることが明らかになってきた。本研究では、米国で開発された領域海洋モデリングシステムROMSを用いて、2段階のネスティングにより福島沿岸域における水平解像度が1キロメートルまで高解像度化することが可能なダウンスケーリングシステムを構築し、準中規模渦に伴う沿岸海洋力学過程を解析するとともに、それらが福島第一原子力発電所起源の放射性セシウムの輸送に与える影響を評価した。ダウンスケーリングに必要となる水温・塩分等の海洋物理場の初期・境界条件データには、気象庁気象研究所で開発された海洋データ同化システムMOVEで計算されたデータを使用した。シミュレーションによる海面高度の時空間的変動は、人工衛星で観測された変動とよく一致しており、ダウンスケーリングにより計算された準中規模渦が現実的なものであることが確認できた。また、福島第一原子力発電所を放出源とする放射性セシウムの福島県沖合における移行過程は水平解像度に依存し、海岸線に沿った南北方向への輸送等に相違が確認された。このことから、沿岸域における福島第一原子力発電所起源の放射性セシウムの移行を現実的に評価するには、準中規模渦を再現することが可能な水平解像度が必要なことが示唆された。

口頭

Surface mixing and dispersion of radioactive tracer due to submesoscale eddies off the northeastern Pacific coast of Japan

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*

no journal, , 

本研究では、米国で開発された領域海洋モデリングシステムROMSを用いて、2段階のネスティングにより福島県沖合を対象として、水平解像度を1キロメートルまで高解像度化することが可能なダウンスケーリングシステムを構築し、準中規模渦に伴う沿岸海洋力学過程を解析するとともに、それらが福島第一原子力発電所起源の放射性セシウムの輸送に与える影響を評価した。ダウンスケーリングに必要となる水温・塩分等の海洋物理場の初期・境界条件データには、気象庁気象研究所で開発された海洋データ同化システムMOVEで計算されたデータを使用した。表層渦運動エネルギーと密度の分散の空間分布には明確な対応が見られ、福島県沖合では傾圧不安定による渦生成が引き起こされることが分かった。また、原子力機構が開発した海水中物質移行予測モデルSEA-GEARNを用いて、福島第一原子力発電所から海洋中に放出された放射性核種の移行計算を実施した。その結果、放射性セシウム濃度は、沿岸では準中規模渦と陸棚波によって支配されるのに対して、沖合では中規模渦によって支配されていることが示唆された。さらに、福島県沖合では傾圧不安定によって引き起こされる乱流が、放射性セシウムの輸送に大きな影響を及ぼしていることが示された。

口頭

Impact of the Kuroshio on dispersal of coral spawn and larvae around Ryukyu Islands in the East China Sea

小谷 瑳千花*; 内山 雄介*; 鹿島 基彦*; 上平 雄基; 御手洗 哲司*

no journal, , 

2012年から2015年の春季を対象として、領域海洋循環モデルROMSをベースとした高解像度の琉球諸島周辺海域流動モデリングとその結果を用いた3次元Lagrange中立粒子追跡を実施し、黒潮がサンゴ幼稚仔輸送過程に及ばす影響を評価した。その結果、石西礁湖から放出された中立粒子は、サンゴ幼稚仔浮遊期間である3週間後も大部分がその場に留まるが、約1割が黒潮や黒潮反流によって沖縄本島まで輸送されていた。また、石西礁湖南で発生する東向きの流れがサンゴ幼稚仔輸送に重要な役割を果たしている可能性を示唆した。

口頭

Submesoscale eddy-induced mixing and dispersion of radioactive tracer off the northeastern Pacific coast of Japan

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*; 古野 朗子

no journal, , 

本研究では、ダウンスケーリングによる沿岸域の高解像度モデルを導入した高度な海洋拡散予測システムを用いて、福島第一原子力発電所事故に適用し、水平スケールが数キロメートルのサブメソスケールの海象に伴うCs-137の海洋中移行過程を解析した。その結果、事故直後に福島県沖で発達していたサブメソスケール渦に伴う鉛直循環流によってCs-137が中深層に活発に輸送されていた。また、大気沈着を考慮しないシミュレーションを行った結果、中深層に輸送されたCs-137の大部分が原子力発電所から海洋に直接放出されたものである可能性が示唆された。

口頭

Development of an emergency assessment system of the marine environmental radioactivity around Japan and its utilization

小林 卓也; 川村 英之; 藤井 克治*; 上平 雄基

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故により環境中に放出された放射性物質は、北太平洋、特に本州北東部の沿岸海域に深刻な海洋汚染を引き起こした。このようなシビアアクシデントにより海洋に放出される放射性物質の海洋中移行を調べるために、日本原子力研究開発機構は日本周辺海域における放射性物質濃度を予測する緊急時海洋環境放射能評価システム(STEAMER)を開発した。STEAMERを緊急時環境線量情報予測システム(世界版)WSPEEDI-IIと結合して用いることで、大気および海洋環境中における正確な放射能汚染予測が可能となる。本発表では、STEAMERに海洋データの入力として用いる2種類の3次元海流場、海洋中放射性物質拡散モデル、モデルの適用例、STEAMERの機能、そして本システムの利用方法について述べる。

口頭

緊急時海洋環境放射能評価システムの精度検証

川村 英之; 小林 卓也; 上平 雄基

no journal, , 

本研究では、海流の予測データと再解析データを使用して、原子力機構で開発した緊急時海洋環境放射能評価システムSTEAMERの予測精度を検証した。日本周辺の北西太平洋を対象として、2015年から2017年までの各月初めから30日間、約10kmの水平解像度で海洋拡散シミュレーションを実行した。放射性核種の放出源として、福島第一原子力発電所から$$^{137}$$Csが30日間連続して海洋へ放出されると想定した。海流の再解析データは、過去の事後解析を行う上で最も精度が高いデータであるため、再解析データを使用したシミュレーション結果を真値と仮定して、予測データを使用したシミュレーション結果を検証した。福島第一原子力発電所から海洋へ放出された$$^{137}$$Csは、北部で離岸した後は沖合の中規模渦に捕捉され、南部で離岸した後は黒潮続流に捕捉される傾向が強かった。海流の予測データを使用したシミュレーション結果は、予測から初期の期間は再解析データを使用したシミュレーション結果と同様であったが、時間の経過とともに両者の相違は顕著になった。この原因として、黒潮続流のような時間スケールが長い海象よりも、沿岸の時間変動が激しい海流の予測精度が影響していると考えられる。

口頭

Implementing regional downscaling capability in the STEAMER radionuclide dispersion prediction system based on multi-nested ROMS model

上平 雄基; 川村 英之; 小林 卓也; 内山 雄介*

no journal, , 

STEAMERにROMSによるダウンスケーリングシステムを導入し、海況場及び原子力施設から放出された放射性物質の濃度分布の詳細な予報値が計算可能となるシステムを構築した。構築したシステムを用いて福島県沖のサブメソスケール現象及び潮汐が流動構造、濃度分布に与える影響を評価した。その結果、解析領域での濃度分散には季節性が見られ、三次元的な物質混合にはサブメソスケール現象による寄与が大きいことが示唆された。潮汐は水平の混合を抑制する一方で鉛直混合を強化し、結果として潮汐非考慮では見られなかった放出口近傍沿岸に張り付いた濃度分布を形成していた。潮汐による寄与はサブメソスケール現象に比べて小さいが、濃度希釈過程に影響を及ぼすことが示唆された。

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