コンテンツです

東大の研究所が海鳥に付けたGPSで海上の風向・風速を推定

2016年08月19日

東京大学大気海洋研究所と国内外の大学・研究機関の合同研究チームは、海鳥に装着したGPS記録計のデータから海上の風向・風速を推定する方法を見出しました。いわば海鳥を風速計として利用する手法です。取得された高解像度の海上風データで気象衛星による観測データを補間することで、気象予報の精度を高める可能性が出てきます。

東京大学大気海洋研究所

衛星測位モジュールで野生生物の行動を把握

野生生物の行動を把握するため、小型の機器を生物に装着し記録されたデータを回収・取得するバイオロギング（Bio-Logging）と呼ばれる研究手法が急速に進化しています。照度、温度、圧力、加速度などに加え、最近では小型で省エネ型の衛星測位モジュールを装着し、無線でデータを送信することも可能になっています。この研究手法は海洋生物や鳥類・魚類などの知られざる生態を明らかにしてきました。Bio（生物）とLog（記録する）を組み合わせた和製英語ですが、現在では正式な学術用語として定着しています。

今回の観測の対象となった海鳥はオオミズナギドリ、コアホウドリ、ワタリアホウドリです。中でもオオミズナギドリは体長約50cm、体重約500gの海鳥で、伊豆諸島の御蔵（みくら）島が世界最大の繁殖地として知られるほか、日本列島周辺の離島にあるいくつかの集団繁殖地が国や県指定の天然記念物に指定されています。また近縁種のハイイロミズナギドリも、赤道をはさんで南北を数千kmにわたって移動する暮らしぶりがバイオロギングの手法を使った研究などから判明しています。

対地速度をもとに風向きと風速を推定

1秒間隔で位置情報を記録するGPS記録計から、地面を基準にした速度である対地速度と、鳥の進行方向を求めることができます（※海上でも便宜上「対地」と呼ばれます）。オオミズナギドリは直線的に飛行しているように見える場合でも、蛇行しながら飛ぶ性質があるため、ここで示される「進行方向による対地速度の増減」（図中のグラフ）が追い風や向かい風の影響であると考えると、それらをキャンセル（オフセット）することで、もともとの風向きと風速を推定できます。
合同研究チームはこの手法を使うことで5分間隔、5km以下のスケールで海上風を推定し、従来の衛星観測では1日2回に限られていた海上風観測の空白域を補間できることを示しました。

（A）オオミズナギドリに装着したGPS記録計から得た5分間の経路。（B）1秒ごとの位置情報をもとに経路を描いており、点の間隔が飛行速度に相当（速度が増加する点と減少する点がある）。（C）5分間の飛行速度と進行方向の関係から風向きと風速を推定。（D）ミズナギドリやアホウドリは一見直線的に飛んでいても、（E）風からエネルギーを得るために蛇行する。（F）その際に進行方向がばらつき、風向・風速を推定できる

（A）2014年8月29日と（B）9月2日に放鳥したオオミズナギドリから得られた飛行経路から風向き（黒棒）・風速（色分け）を推定。オオミズナギドリの繁殖地（赤星）がある三陸沿岸で入手した高解像度の風情報から推定した風（赤矢印）と気象衛星の風（灰矢印）を比較すると一致した

動物を用いた環境モニタリングを行う試みも

動物の行動や生態の把握だけでなく、動物を用いた環境モニタリングを行う試みもさかんに行われるようになっており、2015年12月には国立研究開発法人海洋研究開発機構（JAMSTEC）らの研究グループが、海上で休息するオオミズナギドリの位置情報や内航貨物船の航行記録によって海流予測の精度を向上できることを示しました。
同研究所では、海鳥によって観測できる気温、海面水温、気圧、海洋表層流などのパラメータを統合することで海鳥を新たな観測基盤にできると期待しています。

参照サイト

※ヘッダの画像はイメージです。記事中の図版提供：東京大学大気海洋研究所