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[AOS16-02] 生態系モデルへの衛星データ同化による東京湾における炭素の河川流入過程の改善
キーワード：データ同化、炭素循環、GCOM-C/SGLI、東京湾、リモートセンシング反射率
東京湾をはじめとする都市部に隣接する沿岸域は、人間活動の影響が河川を通じて流入し、湾内の物質循環に大きな影響を与える。特に、東京湾には荒川や多摩川等の比較的流量の大きな河川が複数流入しており、東京湾における炭素循環の解明には、河川から流入する有機物の負荷量やその動態を正確に把握することが重要である。
しかしながら、多くの内湾流域では、河川から流入する陸域起源負荷に関する平常時データと比べて出水時データは非常に少なく、大出水時における河川負荷量推定には大きな不確実性が存在する[1]。さらに、河川流量推定に最も多く用いられる水位流量曲線に基づく間接法では、約13%の不確実性が存在することが指摘されている[2]。
そこで本研究では、大出水時における河川境界条件の高精度化を目的として、高解像度海色衛星GCOM-C/SGLIによる東京湾全体の面的な定常観測結果を、非静水圧3次元流動-生態系モデル（Ecological hydrodynamic simulation system by PARI: EcoPARI）の入力として活用するデータ同化手法を構築した。
河川から流入した有機炭素を含む懸濁物質は、衛星で表層の濃度と影響範囲が観測可能であるため、衛星データ同化によって河川からの炭素負荷量推定への利用が可能だと考えられる。しかし沿岸域では、河川プルームや内部生産によって、水中光学特性（IOP)が複雑に変化するため、リモートセンシングによる懸濁物質の推定における不確実性が非常に大きくなってしまう。そこで本研究では、生態系モデルに簡易水中放射伝達モデルを組み込むことで水中光学環境を再現計算し、衛星観測輝度を大気補正するだけで得られるリモートセンシング反射率（Rrs）を拘束条件に用いた。これにより、衛星水質推定で生じる不確実性を低減し、より汎用性・堅牢性の高いデータ同化手法を構築した。
公共用水域の水質測定結果を用いた精度検証では、河口部における全有機炭素濃度（TOC）と溶存有機炭素濃度（DOC）の推定精度が改善され、本研究で構築したデータ同化手法が、沿岸域における河川境界条件改善に有効である可能性が示された。
[1] 坂井文子, 二瓶泰雄, 江原圭介, 臼田美穂, 重田京助, & 大塚慧. (2008). 江戸川・荒川・多摩川・中川における出水時栄養塩・COD 負荷特性. 水工学論文集, 52, 1117-1122.
[2] 佐合純造. (2008). 水文量の不確定性の総合評価とその活用策. 水文・水資源学会誌, 21(5), 353-360.
[3] Hafeez, M. A., Nakamura, Y., Suzuki, T., Inoue, T., Matsuzaki, Y., Wang, K., and Moiz, A. (2021): Integration of weather research and forecasting (WRF) model with regional coastal ecosystem model to simulate the hypoxic conditions. Science of the Total Environment, 145290.
[4]Hafeez, M. A., and Inoue, T. (2021): Determination of flow characteristics of Ohashi River through 3-D hydrodynamic model under simplified and detailed bathymetric conditions. Water, 13, 3076.
[5]Matsuzaki, Y., and Inoue, T., 2022: Perturbation of boundary conditions to create appropriate ensembles for regional data assimilation in coastal estuary modeling. Journal of Geophysical Research-Oceans, 127(4), e2021JC017911.
しかしながら、多くの内湾流域では、河川から流入する陸域起源負荷に関する平常時データと比べて出水時データは非常に少なく、大出水時における河川負荷量推定には大きな不確実性が存在する[1]。さらに、河川流量推定に最も多く用いられる水位流量曲線に基づく間接法では、約13%の不確実性が存在することが指摘されている[2]。
そこで本研究では、大出水時における河川境界条件の高精度化を目的として、高解像度海色衛星GCOM-C/SGLIによる東京湾全体の面的な定常観測結果を、非静水圧3次元流動-生態系モデル（Ecological hydrodynamic simulation system by PARI: EcoPARI）の入力として活用するデータ同化手法を構築した。
河川から流入した有機炭素を含む懸濁物質は、衛星で表層の濃度と影響範囲が観測可能であるため、衛星データ同化によって河川からの炭素負荷量推定への利用が可能だと考えられる。しかし沿岸域では、河川プルームや内部生産によって、水中光学特性（IOP)が複雑に変化するため、リモートセンシングによる懸濁物質の推定における不確実性が非常に大きくなってしまう。そこで本研究では、生態系モデルに簡易水中放射伝達モデルを組み込むことで水中光学環境を再現計算し、衛星観測輝度を大気補正するだけで得られるリモートセンシング反射率（Rrs）を拘束条件に用いた。これにより、衛星水質推定で生じる不確実性を低減し、より汎用性・堅牢性の高いデータ同化手法を構築した。
公共用水域の水質測定結果を用いた精度検証では、河口部における全有機炭素濃度（TOC）と溶存有機炭素濃度（DOC）の推定精度が改善され、本研究で構築したデータ同化手法が、沿岸域における河川境界条件改善に有効である可能性が示された。
[1] 坂井文子, 二瓶泰雄, 江原圭介, 臼田美穂, 重田京助, & 大塚慧. (2008). 江戸川・荒川・多摩川・中川における出水時栄養塩・COD 負荷特性. 水工学論文集, 52, 1117-1122.
[2] 佐合純造. (2008). 水文量の不確定性の総合評価とその活用策. 水文・水資源学会誌, 21(5), 353-360.
[3] Hafeez, M. A., Nakamura, Y., Suzuki, T., Inoue, T., Matsuzaki, Y., Wang, K., and Moiz, A. (2021): Integration of weather research and forecasting (WRF) model with regional coastal ecosystem model to simulate the hypoxic conditions. Science of the Total Environment, 145290.
[4]Hafeez, M. A., and Inoue, T. (2021): Determination of flow characteristics of Ohashi River through 3-D hydrodynamic model under simplified and detailed bathymetric conditions. Water, 13, 3076.
[5]Matsuzaki, Y., and Inoue, T., 2022: Perturbation of boundary conditions to create appropriate ensembles for regional data assimilation in coastal estuary modeling. Journal of Geophysical Research-Oceans, 127(4), e2021JC017911.