学部専門教育
水産学
2008
海洋資源科学実験III
Laboratory Work on Marine Resouces III
芳村 康男(北海道大学大学院水産科学研究院)
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学部専門教育 海洋資源科学実験III (2008)

教員
芳村 康男(北海道大学大学院水産科学研究院)
概要

海洋資源科学に関わる専門応用領域の理解に必要な数値モデリング,応用数学,衛星リモートセンシングなどの実験・演習を行い,その技能,知識および解決能力を身につける。

講義資料

PDF 海洋資源科学実験III(F)テキスト(芳村 康男)

 

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タグ
対象
3年生~ 水産学部
単位等
実験・実習,1単位
キーワード
シラバス

<授業の目標>

【概 要】

海洋資源科学に関わる専門応用領域の理解に必要な数値モデリング,応用数学,衛星リモートセンシングなどの実験・演習を行い,その技能,知識および解決能力を身につける。

≪ 数値モデリング分野(E班) ≫

数値モデルの数学的な背景を知り,簡単な物理現象であれば自由にモデル化できる。

≪ 応用数学分野(F班) ≫

1. ラプラス変換・フーリエ変換を学び,スペクトル解析を実践する。
2. 回帰分析や主成分解析の方法を学び,その手法を実践する。

≪ 衛星リモートセンシング分野(S班) ≫

海中における分光分布とそこに存在する物質量との関係について理解する。実際に画像処理プログラムを自分で作成して2次元情報処理法を修得する。衛星画像を統計的に扱ったり,画像計測をおこなって,衛星データによる海洋現象の時空間変動解析法を理解する。

 

<到達目標>

≪ 数値モデリング分野(E班) ≫

1.差分法の安定性を計算し,モデルの良否を判断できる。
2.移流・拡散現象を組み合わせたモデルの構築ができる。
3.プログラミング実習を通して,数値モデルの作成・実行・結果の考察ができる。

≪ 応用数学分野(F班) ≫

1.剛体の周期運動の理論を学び,実験と対比してそのメカニズムを理解できる。
2.波動現象を周波数領域に変換し,スペクトル解析ができる。
3.回帰分析の理論を学び,現象の数式モデル化ができる。
4.主成分解析の理論を学び,多くのパラメータの中から主成分を抽出することができる。

≪ 衛星リモートセンシング分野(S班) ≫

1.光の測定方法,採水方法,クロロフィルa濃度の測定方法を習得する。
2.初歩的な画像処理プログラムをFORTRAN言語で書くことができる。
3.ディジタル画像の性質を理解している。
4.海面温度画像,海色画像の画像強調など初歩的な画像表示ができる。
5.波長別の画像を用いてスペクトル特性を解析できる。
6.時系列の海面温度・海色画像データセットから季節変動や経年変動を抽出できる。
7.海面温度・海色画像の空間的な特徴抽出ができる。
8.衛星海洋学における画像処理手法を理解し,いろいろな海洋現象を衛星データを用いて解析できる。

 

<授業計画>

≪ 数値モデリング分野(E班) ≫

1.数値モデルの基本的な考え方を簡単なボックスモデルを通して理解する。
2.海洋現象を記述する基礎的な方程式である「流れを記述する式」と「拡散を記述する式」の係わり合いを理解する。
3.「流れを記述する式」から波動方程式を,「拡散を記述する式」から拡散方程式を導出する。
4.波動方程式と拡散方程式の厳密解を求める。
5.差分法の基礎( 安定性・差分スキーム・陰解法・非線形の取り扱い)を学び,厳密解と数値解の違いを学ぶ。
6.波動方程式の数値計算を例に,メッシュ分割から差分化,プログラミングまでを学ぶ。
7.ラプラス方程式で記述される物理現象を理解し,この方程式の数値解法を学ぶ。

≪ 応用数学分野(F班) ≫

1.ラプラス変換と運動方程式の解法(講義・演習)
2.浮体の周期運動の計測と解析(室内水槽実験)
3.フーリエ級数展開と波形の合成(コンピュータ実習)
4.フーリエ変換とスペクトル(講義・演習)
5.海洋波の計測とスペクトル解析(大型水槽実験・コンピュータ実習)
6.回帰分析の理論と方法(講義・演習)
7.単回帰分析(コンピュータ実習)
8.重回帰分析(コンピュータ実習)
9.主成分解析(講義)
10.主成分解析の実習(コンピュータ実習)

 ≪ 衛星リモートセンシング分野(S班) ≫

1.近傍の港において光の測定および採水を行う。クロロフィルa濃度の分析を行い,分光分布および消散係数との関係について解析する。
2.画像とは何か,ピクセル,画像フォーマット,解像度を実際の画像を用いて学ぶ。
3.既存の画像処理ソフトを用いて画像処理と情報抽出(濃度強調,フロント抽出)の手法を学ぶ。
4.ワークステーションを用いて衛星画像の統計処理するプログラムを実際に作成して,自由に画像から数値を抽出する 。スペクトル図を作成する。
5.月平均海面温度画像,クロロフィル濃度画像から北太平洋海域の海面温度・クロロフィル濃度の時系列解析をおこなう。
6.海面高度および海上風データを用いて時空間変動を解析する。
7.海面高度データから地衡流速を算出し,流れ図を作成する。
8.日単位海面温度画像,クロロフィル濃度画像を用いて日本周辺海域で海洋情報を計測する。
9.海面温度画像,クロロフィル濃度画像,海面高度データ,海上風データを用いてマルチセンサーデータ解析をおこなう。

 

<評価の基準と方法>

≪ 数値モデリング分野(E班) ≫

個人が想定する物理現象を自由に数値モデル化し,モデルの作成・実行・結果から考察を行い,レポートとして提出する。評価はこのレポート内容で行う(100%)。

 ≪ 応用数学分野(F班) ≫

演習と実験のレポートの提出(100%)

 ≪ 衛星リモートセンシング分野(S班) ≫

各実験のレポート(80%)および出席状況(20%)で評価する。

 

<備考>

≪ 衛星リモートセンシング分野(S班) ≫

実験ではMSS・TM・ETM/LANDSAT, AVHRR/NOAA, SeaWiFS/Orbview-2, MODIS/Tera・Aquaなどの衛星画像データを使用する。

備考
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