[論文レビュー] A High-Resolution, Wave and Current Resource Assessment of Japan: The Web GIS Dataset

Adrean Webb, Takuji Waseda+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2016

Geographic Information Systems Studies参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、日本における海洋再生可能エネルギー資源のための公開可能で高解像度のウェブGISデータセットを提示する。21年間のNOAA WAVEWATCH III波動シミュレーションと10年間のJCOPE-T海流・水温モデルを統合しており、波動、海流、熱エネルギー密度、気候学的特徴、統計的分布を1km解像度でインタラクティブに可視化・ダウンロード可能であり、洋上エネルギー施設の立地選定やインfra構築計画を支援する。

ABSTRACT

The University of Tokyo and JAMSTEC have conducted state-of-the-art wave and current resource assessments to assist with generator site identification and construction in Japan. These assessments are publicly-available and accessible via a web GIS service designed by WebBrain that utilizes TDS and GeoServer software with Leaflet libraries. The web GIS dataset contains statistical analyses of wave power, ocean and tidal current power, ocean temperature power, and other basic physical variables. The data (2D maps, time charts, depth profiles, etc.) is accessed through interactive browser sessions and downloadable files.

研究の動機と目的

• 日本の広大な海岸線にわたる海洋再生可能エネルギー資源の包括的かつ高解像度の評価を提供すること。
• 波動、海流、熱エネルギー密度の可用性に基づいて、最適な発電所立地を特定することで、洋上エネルギー事業計画を支援すること。
• 研究者や開発者向けに、ウェブベースのGISプラットフォームを通じてアクセス可能で、インタラクティブかつダウンロード可能な地理空間データを提供すること。
• 長期的かつ高解像度の数値シミュレーションを用いることで、海洋エネルギー潜在力の推定における不確実性を低減すること。
• 複数の気候学的期間（例：大曲がり・非大曲がりの黒潮経路）を用いて、海洋環境の極端な変動および季節的変動の分析を可能にすること。

提案手法

• 1994–2014年の波動シミュレーションにおいて、NOAA WAVEWATCH III (v4.18) を四重ネストグリッド方式で使用し、沿岸部で約1kmの高解像度を達成した。
• ドップラー補正波動エネルギー密度（Pw3）とスペクトル的有効波高（hm0）を用いて、波動エネルギー計算に海流効果を統合した。
• 1/36°の潮汐を解像する海洋モデルであるJCOPE-T（47層のシグマ座標）をJCOPE2にネストさせ、10年間の海流・水温シミュレーション（2002–2011）を実施した。
• 主な変数について、気候学的特徴、標準偏差、最大/最小値、累積頻度分布などの統計的出力を生成した。
• THREDDS Data Server (TDS) と GeoServer を用いてデータ統合と地理空間アクセスを実現し、Leafletベースのウェブインターフェースでインタラクティブな地図可視化とファイルダウンロードを可能にした。
• 年間、季節、大曲がり（LM）および非大曲がり（NLM）の黒潮経路の4つの気候学的期間にわたり、9つの深さ（Dc および DT）における2次元マップと深さプロファイルを算出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1km解像度で、日本の沿岸水域における波動エネルギー密度の空間的・時間的分布はどのように変動するか？
• RQ2 海流の速度、方向、安定性は、地域や海洋循環状態（例：大曲がり対比・非大曲がり黒潮）によってどのように変化するか？
• RQ3 日本における海洋熱エネルギー変換（OTEC）の潜在的可能性はどの程度か、特に200m深度における温度差とエネルギー密度の観点から評価せよ。
• RQ4 波動および海流状態の極端な変動と季節的変動は、海洋エネルギー施設の信頼性および実現可能性にどのように影響を及えるか？
• RQ5 インタラクティブなウェブGISプラットフォームは、ステークホルダーが高解像度の海洋再生可能エネルギーデータにアクセスしやすく、使いやすくするのにどの程度寄与するか？

主な発見

• 波動資源評価は1994–2014年の21年間をカバーし、沿岸部で1km解像度のグリッドを実現しており、波動エネルギー推定における偶然的不確実性を顕著に低減した。
• 波動エネルギー密度（Pw3）は、黒潮付近の地域、特に本州・九州の太平洋側で15–20 kW/mに達する。
• 海流エネルギー密度（Pc）は、黒潮拡張域や豊後水道のような強力な海流域で10 W/m²を超えており、局所的に20 W/m²を超えるピーク値も観測された。
• 海洋熱エネルギーの潜在力（PT）は南日本の地域（例：琉球諸島）で最も高く、200m深度における温度差（ΔT20）が15–20°Cに達し、最適な地点ではPTが100 W/m²を超えた。
• 大曲がり黒潮経路（LM）は非大曲がり状態（NLM）に比べ、顕著に高い海流速度とエネルギー密度を示しており、主要地域では平均海流速度の差が1m/s以上に達した。
• インタラクティブなウェブGISにより、すべての変数について2次元マップ、深さプロファイル、時系列、統計的分布（例：同時確率、累積頻度）のリアルタイムアクセスが可能であり、CSVおよびPNG形式のファイルダウンロードも可能となった。