JP2003149332A - 海氷の観測方法 - Google Patents

海氷の観測方法

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JP2003149332A JP2001342437A JP2001342437A JP2003149332A JP 2003149332 A JP2003149332 A JP 2003149332A JP 2001342437 A JP2001342437 A JP 2001342437A JP 2001342437 A JP2001342437 A JP 2001342437A JP 2003149332 A JP2003149332 A JP 2003149332A
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建志 松岡
Kiyomine Urazuka
清峰 浦塚
Makoto Satake
誠 佐竹
Tatsuji Kobayashi
達治 小林
Shoji Nadai
章嗣 灘井
Toshihiko Umehara
俊彦 梅原
Hideo Maeno
英生 前野
Hiroyuki Wakabayashi
裕之 若林
Yasushi Fukamachi
康 深町
Fumihiko Nishio
文彦 西尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 合成開口レーダによるデータから、所望の海
氷の喫水値を求める海氷観測方法を提供すること。 【解決手段】 海中係留型の氷厚測定ソナーと流速計を
用いた海氷の氷厚・漂流速度観測と、高分解能航空機Ｓ
ＡＲによる海氷観測とを同期して行ない、ソナー上を通
過した海氷の喫水値プロファイルと、ＳＡＲ後方散乱係
数プロファイルとの関係を求め、その関係式とＳＡＲ後
方散乱係数とから、所望の海氷の喫水値を求める。ＳＡ
Ｒ後方散乱係数として、ＬバンドＨＶ偏波の後方散乱係
数を用いてもよい。約１０ｃｍ以下の薄氷の探知には、
ＳＡＲ後方散乱係数としてＸバンドＶＶ偏波の後方散乱
係数を用いるのが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、合成開口レーダ
（ＳＡＲ）を使って、海氷の厚さなどの海氷観測を行う
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】オホーツク海など、季節海氷域のある所
は少なくない。季節海氷域の広がりと海氷の体積は、大
気と海洋間のエネルギー交換に大きな影響を与える。そ
のため、季節海氷域の検知は、気象観測に重要な要素で
ある。特に３０ｃｍ以下の薄氷は、海面の熱・塩分・水
蒸気フラックスを支配する重要な役割をもつ。このた
め、リモートセンシングにより薄氷を検知し氷種分類を
行うことは極めて重要である。
【０００３】現在まで、マイクロ波放射計や合成開口レ
ーダを使って、海氷の厚さ分布や氷種分類の研究が多数
行われている。しかし、これらのデータを実際の氷厚観
測値と突き合わせて論じたものは、極域での潜水艦搭載
型ソナーによる氷厚観測との比較以外殆どなされていな
い。特にオホーツク海では、氷厚実測値が乏しく、マイ
クロ波センサ／レーダとの比較が殆ど行われていなかっ
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、合
成開口レーダによるデータから、所望の海氷の喫水値を
求める海氷観測方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の海氷の観測方法は、次の構成を備える。す
なわち、海中係留型の氷厚測定ソナーと流速計を用いた
海氷の氷厚・漂流速度観測と、高分解能航空機ＳＡＲに
よる海氷観測とを同期して行ない、ソナー上を通過した
海氷の喫水値プロファイルと、ＳＡＲ後方散乱係数プロ
ファイルとの関係を求める。そして、その関係式とＳＡ
Ｒ後方散乱係数とから、所望の海氷の喫水値を求めるこ
とを特徴とする。
【０００６】ここで、ＳＡＲ後方散乱係数として、Ｌバ
ンドＨＶ偏波の後方散乱係数を用いてもよい。
【０００７】約１０ｃｍ以下の薄氷の探知には、ＳＡＲ
後方散乱係数としてＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数を
用いるのが好適である。または、ＸバンドＶＶ偏波の後
方散乱係数とＸバンドＨＨ偏波の後方散乱係数との比を
用いてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を基に本発明の実施形
態を説明する。なお、ここでは、北海道オホーツク海沿
岸で行った観測事例から、ソナーによる氷厚の実測値と
ＳＡＲによるデータとの一関係式を求めているが、本発
明の方法は、他の地域における任意の海氷観測に適用可
能である。
【０００９】本発明者は、海中係留型の氷厚測定ソナー
（ＩＰＳ；Ｉｃｅ Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ Ｓｏｎａｒ）
と、流速計（ＡＤＣＰ；Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｏｐｐｌ
ｅｒＣｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ）を用いて、氷
厚・漂流速度観測を行った。このＩＰＳ／ＡＤＣＰ海氷
観測と同期して、高分解能航空機ＳＡＲ（Ｐｉ−ＳＡ
Ｒ）による海氷観測を行った。以下に、ＩＰＳ上を通過
した海氷の氷厚実測値である海氷の喫水値（ｉｃｅ ｄ
ｒａｆｔ）プロファイルと、ＳＡＲ後方散乱係数プロフ
ァイルとの関係について述べる。
【００１０】ＳＡＲ観測は、約２０時間間隔で２回、オ
ホーツク海沿岸で行った。２回の観測の間、平均風速は
３．５ｍ／ｓ、気温は−１２〜０℃と天候は比較的穏や
かで、海氷は主に東南東〜東方向に移動した。観測範囲
は、図１の地図に示す通りであり、２回のＳＡＲ観測で
得られた海氷のＬバンド、Ｘバンドの偏波合成図は、図
２に示す通りである（ＨＨ偏波を赤、ＶＶ偏波を緑、Ｈ
Ｖ偏波を青）。図中、上段左右の２図は、同一地点のそ
れぞれＸバンド偏波図、及び、Ｌバンド偏波図であり、
下段左右の２図は、別の同一地点のそれぞれＸバンド偏
波図、及び、Ｌバンド偏波図である。Ｌバンド偏波図に
記入された線は、ＡＤＣＰから得られたＩＰＳ上を通過
した海氷の軌跡であり、上段のＬバンド偏波図における
線分の右上端点、及び、下段のＬバンド偏波図における
線分の左下端点が、係留ＩＰＳの位置である。海氷の移
動距離は約７．６ｋｍ、平均速度は１０ｃｍ／ｓであっ
た。
【００１１】図３（イ）は、海氷の軌跡に沿った喫水値
プロファイルである。平均喫水値は０．４９ｍ、最大値
は４．７７ｍであった。図３（ロ）は、０．５ｍ間隔の
５点で求めた喫水値の標準偏差プロファイルである。図
示の通り、喫水値プロファイルそのものと良く一致して
いる。喫水値・標準偏差値ともに大きい（約１ｍ以上）
部分は、氷縁に多く存在することがわかった。このこと
から、約１ｍ以上の非常に厚い氷は、氷縁同士の衝突に
よる重なり合い（ｒａｆｔｉｎｇ）や隆起（ｒｉｄｇｉ
ｎｇ）によって形成されていることが推測される。
【００１２】図３（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）
（チ）はそれぞれ、ＬバンドＨＨ偏波、ＬバンドＶＶ偏
波、ＬバンドＨＶ偏波、ＸバンドＨＨ偏波、ＸバンドＶ
Ｖ偏波、ＸバンドＨＶ偏波の後方散乱係数プロファイル
（真数）である。喫水値プロファイルに対して、Ｌバン
ドＨＶ偏波の後方散乱係数プロファイルが、他のバンド
・偏波のなかで最も相関が良く、相関係数は０．６４で
あった。クロス偏波（ＨＶ）の後方散乱は、主に多重散
乱と体積散乱に起因するので、直接氷厚とは関係ない
が、氷縁の衝突によって形成される表面の凸凹が、大き
な後方散乱を引き起こすと考えられる。
【００１３】図３（ト）から、ＸバンドＶＶ偏波の後方
散乱係数プロファイルは、喫水値プロファイルと殆ど関
係ないことがわかる。しかし、非常に薄い氷（約１０ｃ
ｍ以下）で、極めて大きな後方散乱が得られる特徴があ
る（例えば、２５００ｍ地点や４２００ｍ地点）。
【００１４】図４及び５は、それぞれ、喫水値（ｌｏ
ｇ）とＬバンドＨＶ偏波、ＸバンドＶＶ偏波の後方散乱
係数（ｄＢ）の関係を示すグラフである。図４から回帰
直線を求めると、 σ＝７．３ｌｏｇ（ｄ）−２８．４ ｄＢ （ただし、ｄ＝喫水値） となる。回帰直線からの後方散乱係数のずれは、主にＩ
ＰＳとＳＡＲの観測位置のわずかな違いによって生じて
いると考えられる。
【００１５】上記式より、図２の下段右に示したＬバン
ドＨＨ偏波図のＳＡＲ画像の後方散乱係数値を、喫水値
に変換した画像を図６に示す。この図からも、氷縁部で
氷厚が大きいことが確認できる。氷厚１ｍ以上の部分の
面積は１５％程度であるが、氷の体積では１／３以上に
相当する。
【００１６】一方、図５より、薄氷でＸバンドＶＶ偏波
の後方散乱係数が増大し、偏波比（ＶＶ／ＨＨ）が大き
くなる特徴がわかった。このことから、ＸバンドＨＨ、
ＶＶ偏波を用いてＳＡＲ画像の氷種分類を行った。分類
はＷＭＯの定義に基づき、開水面（Ｏｐｅｎ ｗａｔｅ
ｒ）、薄氷（氷厚１５ｃｍ以下のＮｉｌａｓとＧｒａｙ
ｉｃｅ）、厚氷（氷厚１５ｃｍ以上のＧｒａｙ−ｗｈ
ｉｔｅ ｉｃｅと一年氷（Ｆｉｒｓｔ ｙｅａｒ ｉｃ
ｅ））の３段階で行った。図７は、その分類結果を示す
図であり、図８は、開水面、薄氷、厚氷の分類方法を示
すフローチャートである。これから、薄氷が８％程度存
在し、一年氷の氷縁と開水面の間に張り出している様子
が確認できた。
【００１７】
【発明の効果】本発明の海氷の観測方法は、上述の構成
を備えることによって、次の効果を奏する。すなわち、
請求項１に記載の海氷観測方法によると、係留型の氷厚
測定ソナーと流速計を用いた海氷の氷厚・漂流速度観測
と、ＳＡＲによる海氷観測とを同期して行なうので、ソ
ナーによる氷厚の実測値と、ＳＡＲによるデータとの照
合を行なえ、ソナー上を通過した海氷の喫水値プロファ
イルと、ＳＡＲ後方散乱係数プロファイルとの関係を求
められる。そして、その関係式とＳＡＲ後方散乱係数を
用いれば、所望の海氷の喫水値を求めることができる。
【００１８】請求項２に記載の海氷観測方法によると、
ＳＡＲ後方散乱係数として相関の高いＬバンドＨＶ偏波
の後方散乱係数を利用するので、簡易に精度の高い海氷
観測が行える。
【００１９】請求項３に記載の海氷観測方法によると、
ＳＡＲ後方散乱係数として、薄氷で極めて大きな後方散
乱が得られるＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数を利用す
るので、約１０ｃｍ以下の薄氷の探知に有効である。
【００２０】請求項４に記載の海氷観測方法によると、
ＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数は喫水値殆ど関係ない
ので、ＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数とＸバンドＨＨ
偏波の後方散乱係数との比を利用して、約１０ｃｍ以下
の薄氷を探知できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】観測範囲を示す地図
【図２】２回のＳＡＲ観測で得られた海氷のＬバンド、
Ｘバンド偏波合成図
【図３】（イ）海氷の軌跡に沿った喫水値プロファイル （ロ）その喫水値の標準偏差プロファイル （ハ）ＬバンドＨＨ偏波の後方散乱係数プロファイル （ニ）ＬバンドＶＶ偏波の後方散乱係数プロファイル （ホ）ＬバンドＨＶ偏波の後方散乱係数プロファイル （ヘ）ＸバンドＨＨ偏波の後方散乱係数プロファイル （ト）ＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数プロファイル （チ）ＸバンドＨＶ偏波の後方散乱係数プロファイル
【図４】喫水値とＬバンドＨＶ偏波の後方散乱係数の関
係を示すグラフ
【図５】喫水値とＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数の関
係を示すグラフ
【図６】ＬバンドＨＨ偏波図のＳＡＲ画像の後方散乱係
数値を、喫水値に変換した画像を示す図
【図７】開水面、薄氷、厚氷の３段階で行った海氷の分
類結果を示す図
【図８】開水面、薄氷、厚氷の分類方法を示すフローチ
ャート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松岡 建志 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 浦塚 清峰 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 佐竹 誠 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 小林 達治 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 灘井 章嗣 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 梅原 俊彦 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 前野 英生 東京都小金井市貫井北町４−２−１ 独立 行政法人通信総合研究所内 (72)発明者 若林 裕之 東京都中央区晴海１丁目８番10号 宇宙開 発事業団内 (72)発明者 深町 康 北海道札幌市北区北十九西八 北海道大学 低温科学研究所内 (72)発明者 西尾 文彦 千葉県千葉市稲毛区弥生町１−33 千葉大 学環境リモートセンシング研究センター内 Ｆターム(参考） 5J070 AC03 AD17 AE07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】海中係留型の氷厚測定ソナーと流速計を用
    いた海氷の氷厚・漂流速度観測と、高分解能航空機ＳＡ
    Ｒによる海氷観測とを同期して行ない、 ソナー上を通過した海氷の喫水値プロファイルと、ＳＡ
    Ｒ後方散乱係数プロファイルとの関係を求め、 その関係式とＳＡＲ後方散乱係数とから、所望の海氷の
    喫水値を求めることを特徴とする海氷の観測方法。
  2. 【請求項２】ＳＡＲ後方散乱係数として、ＬバンドＨＶ
    偏波の後方散乱係数を用いる請求項１に記載の海氷の観
    測方法。
  3. 【請求項３】約１０ｃｍ以下の薄氷の探知に、 ＳＡＲ後方散乱係数として、ＸバンドＶＶ偏波の後方散
    乱係数を用いる請求項１に記載の海氷の観測方法。
  4. 【請求項４】ＸバンドＶＶ偏波の後方散乱係数とＸバン
    ドＨＨ偏波の後方散乱係数との比を用いる請求項３に記
    載の海氷の観測方法。
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