科学技術振興調整費「北太平洋亜寒帯循環と気候変動に関す国際共同研究」

平成9年度第2回推進委員会資料

亜寒帯観測研究分科会


研究項目:北太平洋亜寒帯表層水温の季節変動に関する研究

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:表層水温変動に関する研究
小項目:北太平洋亜寒帯表層水温の季節変動に関する研究
担当機関:気象庁気候・海洋気象部
担当者:安藤 正、吉田 隆

第I期(3年間)の目標:

 米国海洋大気庁(NOAA)と共同して、日本と北米西岸の間を航行する商船に表層水 温観測を委託し、定期航路における反復観測を実施する。これは、NOAAが中心となっ て1970年代から実施されてきたTRANSPAC計画と呼ばれる表層水温観測計画の継続・拡 充となるものである。

 本研究の観測により取得されたデータ及び他の機関による観測データをもとに、北 太平洋亜寒帯の表層水温の実況把握を行い、その季節変動を明らかにする。さらに当 該海域の過去のデータも併せて解析し、数年〜数十年の時間スケールの表層水温の変 動を解明する。

平成9年度の研究実績、成果:

(共同観測に関するNOAAとの合意事項と観測の開始)

 NOAAの担当者(W. Woodward, OAR/AOML/NOAA)と共同観測の方法について協議し、 次の原則にもとづいて実施することで合意した(1998年1月)。

  1. 気象庁は、年間20往復程度の観測に十分なXBTプローブを提供する。
  2. NOAAは、少なくとも2隻の篤志観測船に観測を委託し、船舶搭載機器の提供、機器 に必要な物品の供給及び訪船指導を行う。
  3. 得られたデータは双方で共有する。NOAAは観測したデータをすべて即時的にGTSに 入力するとともに、当該篤志観測船及び他のすべてのTRANSPAC海域の篤志観測船の詳 細なプロファイルデータを利用可能になり次第、気象庁に送付する。

 1998年1月には観測を実施する商船(SEA-LAND EXPRESS、SEA-LAND DEVELOPER、と もに米国船籍)が決定し、同年2月9日にはSEA-LAND EXPRESSに横浜でプローブの積み 込みを行い、共同観測が開始された。他の商船についても近々に観測を開始する予定。

(北太平洋中緯度域の表層水温の変動の解析)

 北太平洋の30N-50Nの中緯度域を、西部(140E-170E)、中部(170E-150W)、東部 (150W-120W)に区分し、それぞれの領域平均の100, 200, 300, 400m水温の時系列デ ータをもとに、その季節・経年変動を調べた(1986年3月〜1997年9月)。西部・中部 では全ての深さで季節変動が明瞭であり、その振幅は西部で最も大きく、100mで3〜4 ℃、400mで1〜2℃である。西部・中部とも100mの高水温のピークが11〜12月に見られ るのに対し、200m以深ではピークは1〜2月に見られる。東部では水温変動の振幅が小 さく、100mでも季節変動が認められない。

 季節変動を差し引いた経年変動の振幅は、西部・中部の100mで約2℃、東部の100m で約1.5℃である。西部・中部では1987年に低温のピークがあった後、1991年に高温 のピークがあり、その後は高めに推移している。東部では低温のピークが1989年にあ り、その後昇温し、1993〜1994年は高温傾向が続いた。

 1995年以降中部及び東部では、解析値が決定できた格子数が減少しているが、これ はTRANSPAC海域の観測の減少によるものと考えられる。本研究によるTRANSPAC海域に おける観測の充実が期待される。

平成10年度の研究計画

 引き続きNOAAとの共同観測を実施し、数年〜数十年の時間スケールの表層水温変動 の解明に資するデータの蓄積を図る。本研究で取得したデータ及び過去/現在の他の 機関によるデータも併せて解析し、北太平洋亜寒帯域の表層水温の実況の把握及び季 節・経年変動の解析を実施する。

国際共同研究に関する海外との協力、協議等の状況、予定

 NOAAとの共同観測を公式化(formalize)するために、NOAA及び科学技術庁と調整 を行った。その結果、共同観測はUJNR(天然資源の開発利用に関する日米会議)のも とに1993年5月に設置された「太平洋総合観測研究イニシアティブ」パネル(1996年3 月に第1回会合開催)の中のテーマ「表層水温の長期的モニタリング」の一環として 位置づけることで合意を得た。同パネルの第 2回会合(1997年12月、於シアトル)では出席したNOAAのWoodwardから本共同研究に ついて報告が行われた。

 実施にあたっての具体的な取り決め事項は、日米双方の共同研究担当者(NOAA: Wo odward、気象庁:安藤)間で文書の交換を行うこととなり、1998年1月、両者がサイ ンした合意事項の文書を交換した。


研究項目:北太平洋亜寒帯循環表層水温の経年変動に関する研究

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:表層水温変動に関する研究
小項目:北太平洋亜寒帯循環表層水温の経年変動に関する研究
担当機関:水産庁 遠洋水産研究所 海洋・南大洋部 低緯度域海洋研究室
研究者名:水野恵介・渡邊朝生・岡崎誠

第1期(3年間)の目標

 亜寒帯海域の水温・塩分データベースを整備し、前線位置の変動・水塊の特性等の経年変動を解析 し亜寒帯海域の海洋構造の経年変動の実態を把握する。また、亜熱帯海域における表層水温変動と 亜寒帯海域の変動との関連を調べる。水産資源調査船を利用したXBT・XCTD観測網を構築し、定線 上の海洋構造の変動を詳細に調べる。これまでに遠洋水産研究所に蓄積される亜寒帯海域のCTD, XBT,ADCP、表層水温・塩分連続観測データ等のデータに対して十分な品質管理を実施し、データ ベースとして整理する。

平成9年度の研究実績、成果

[資料解析]
 遠洋水産研究所が中心となって継続してきた北太平洋亜寒帯海域における夏季のさけ・ます資源調査 によって得られた表層水温観測データセット(海面から250mまでの基準層データ)の解析を行なった。 西部亜寒帯循環域の格子点データセットを作成し、1960年代後半から1980年代にかけての期間に ついて時系列解析を実施し、同海域においてdecadal−interdecadalの時間スケールの変動が卓越する こと、西部亜寒帯循環の中央部で水温極小層がdecadalに大きく変動していることがわかった。

[観測網の展開]
 上記さけ・ます資源調査の一環として実施されている日付変更線(若竹丸、6−7月、38°30’N〜 58°30’N)と東経165度線上(北光丸、7月、40°N〜51°N)の南北定線において緯度1度毎の 資源調査定点(CTD観測実施)の中間点でのXBT観測を依頼し、表層水温の高密度観測を実施した。

 98年2月に水産庁漁業調査船「開洋丸」を用いたさけ・ます越冬期調査に参加し、北緯40度以北 の東経165度線と日付変更線上で緯度30分毎のXCTD観測、その中間点でのXBT観測を実施し、 冬季の亜寒帯循環の表層構造を詳細に把握するデータを得た。

[XCTD性能試験]
 XCTD(鶴見精機製)の観測性能を調査するため、日本海(若竹丸、5月)、野島崎沖太平洋(開洋丸、 8月)等でCTDとの比較試験を行なった。現在用いている落下式が良い近似式になっていることが わかった。水温・塩分観測値ともに所定の精度を満たしていると思われるが、塩分観測値に深さに 依存するバイアスが含まれることに注意する必要がある。

 98年2月の開洋丸調査においてもCTDとも比較試験を実施しており、今後これも含めて解析を 行なう。

平成10年度の研究計画

[資料解析]
 1991年以降実施されている日付変更線と東経165度線の定線観測結果のとりまとめを行ない、 これまでの蓄積データと合わせて、亜寒帯境界、亜寒帯フロントの年々の変動機構について解析 を進める。

[観測網の展開]
 夏季のさけ・ます定線観測にXCTDを導入し、表層水温・塩分の高密度観測を維持し、98年冬季と 比較可能なデータセットを得る。1999年1月〜3月に予定されているベーリング海スケトウダラ調査 (開洋丸)で航行する千島列島沖航路上でXCTD観測を実施し、冬季亜寒帯循環西縁の表層構造を 把握する。

国際共同研究に関する海外との協力、協議等の状況、予定

特になし


研究項目:北太平洋亜寒帯の表面海流循環に関する研究

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:表層・中層の循環像に関する観測研究
小項目:北太平洋亜寒帯の表面海流循環に関する研究
担当機関:海上保安庁水路部
研究者名:寄高博行、木下秀樹

第1期(3年間)の目標

 北太平洋亜寒帯域は、WOCE(世界海洋循環実験)において漂流ブイ観測の空白域と なっており、これを補完するために米国スクリップス海洋研究所と共同で、特に 北緯40度以北の海域で漂流ブイを放流する。

 漂流ブイを追跡することによって,北太平洋亜寒帯循環における表層循環に実態の 一端を明らかにするとともに,データを蓄積して季節変動を把握する。

平成9年度の研究実績、成果

 平成9年8月に実施した北緯47度線に沿った観測航海において7個の表層漂流ブイを 放流し,追跡を行っている。釧路沖の親潮域に放流した1個を除く6個の漂流ブイが, 平成10年1月末の時点で漂流・発信を続けており,ドローグセンサーも正常値を記録 している。

 10月までは100〜200km程度の循環にトラップされていた漂流ブイもあったが,11月 にはいって10〜30cm/sの速度で東南東方向に漂流している。漂流速度は11月がピーク で,12月,1月と減少傾向にある。

平成10年度の研究計画

 平成10年9月に行う亜寒帯循環西端域での観測航海時に漂流ブイを放流するととも に,他機関の観測航海に併せて漂流ブイを展開し,効率的なカバーリングを図る。  平成9年度に引き続き,漂流ブイの改良に取り組み,ドローグの長寿命化,放流の 簡便化,センサーの付加等を行う。

国際共同研究に関する海外との協力、協議等の状況、予定

 漂流ブイの改良については,スクリップス海洋研究所との共同で実施している。改 良の技術的情報交換及び観測計画の調整のため,担当者が3月に訪問する予定。


研究項目:衛星電波高度計による海面高度の把握とその時間的変化の把握

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:表層・中層の循環像に関する研究
小項目:衛星電波高度計による海面高度の把握とその時間変化の把握
担当機関:気象研究所海洋研究部
担当者:倉賀野 連

第1期(3年間)の目標

 統計的手法や同化モデルなどを用い、TOPEX/POSEIDON海面高度計データや 観測船データを解析し、北太平洋亜寒帯域における海面高度と表層や中層の 水温・塩分・流速を抽出する。そのために、高度計データから得られる海面 高度については、季節変動、経年変動、それより短い時間スケールの変動等 に分離し、また順圧変動と傾圧変動に分離しそれぞれの、時空間スケールな どの変動特性を調べる。季節変動外力によるモデルの応答実験の結果につい ても同様の調査を行う。船舶観測データを用い、それぞれの時間スケールで の傾圧的な高度変動と海洋内部の水温・塩分構造の対応を調査する。また海 上風と順圧的な高度変動との対応についても調査する。得られた統計量を用 いて、海面高度の平均場及び変動場や中層・表層の構造を推定する。また変 動の時空間スケールの解析結果を用いて、推定した中・表層の物理量を中・ 高緯度海洋データ同化モデルへ同化し、海面高度変動や海洋内部の水温・塩 分・流速場の変動を解析する。

平成9年度の研究実績、成果

 1993年〜1997年7月までのTOPEX/POSEIDON高度計データから、海面高度変動 の時間スケールを分離しないで時空間スケールを算出した。北太平洋亜寒帯 海域では経度方向に1200km、緯度方向に550kmのe-foldingスケールを持ち。 これらは季節変動と見られ、中規模渦の変動よりも卓越した振幅を持つこと が分かった。またTOPEX/POSEIDONによる海面高度の観測誤差は5cm以上で、低 緯度と比べて観測誤差が大きく見積もられた。(図1)

 得られたスケールを基にして、5日毎1度×1度格子の海面高度偏差データ を作成した。このとき海面気圧に対する高度補正については、全球海面での 補正値の総和を0とする新しい補正法を適用した。格子化した海面高度偏差 データから、4年平均を取り季節変動を算出し、季節変動の時空間スケール の解析を行った。しかし、4年平均では完全に季節変動のみを抽出すること は難しく、日本近海では中規模渦程度の現象が多く残っているようである。 季節変動を抽出するには何らかの工夫が必要である。(図2、図3)

 中・高緯度海洋データ同化モデルの季節変動外力に対する応答実験を行い、 5日毎の季節変動データを作成した。現在時空間スケールを解析中である。

 WOA1994に格納されている船舶観測データを用いて、海面力学高度(0/1500db) と海洋内部の水温・塩分の関係を調査した。得られた統計量と、高度計デー タを用いて内部の水温塩分を推定したところ、高度計データには順圧変動が 含まれることが推定され、この方法を適用するには、順圧変動を分離する必 要があることが分かった。(図4)

平成10年度の研究計画

 平成9年度で始めた統計調査を引き続き行う。高度計データから得られる 海面高度について、海上風応力との対応の調査、海洋中層・表層の密度構造 との対応の調査などを通して、それを順圧変動と傾圧変動に分離する。これ らの調査の結果を用いて、高度計による海面高度データおよび他の衛星によ る海面水温データから海洋中層・表層の水温・塩分・流速場を推定する方法 を開発する。開発した方法で得られる海洋中層・表層の水温・塩分・流速場 を北太平洋領域モデルに同化する方法を開発し、それをもとに同化実験を行 う。

国際共同研究に関する海外との協力、協議などの状況、予定

 GODAEに参加し、海洋データのモデルへの同化手法について国際的な協議を 行う。TOPEX/POSEIDON科学検討チーム会議に参加し、TOPEX/POSEIDON高度計 の運用状況、データの利用に関する情報の交換を行う。


研究項目:中層循環の実態解明に関する観測研究

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:表層・中層の循環像に関する研究
小項目:中層循環の実態解明に関する観測研究
担当機関:気象研究所
担当者:四竈信行 金子郁雄

第I期の目標

 北太平洋西部亜寒帯域において形成された北太平洋中層水が南方、東方へ広がって行 くと思われる実態を中層フロートを用いて観測し、観測船によるCTDデータと組合わせ て中層循環の流量評価を行う。またインバース法による流量の推定も行う。

 中層フロートとしては、性能が安定しており音源を必要としないP-ALACE(アラス)を 20台程度投入し追跡する。P-ALACEは一度投入すると2〜3年間にわたって中層を流れ続 け定期的に浮上してはデータを衛星経由で送信してくるので、可能な限り第I期の早い 時点(初年度または第2年度)に集中的に投入したい。

 CTDの観測データは主として、高風丸の東経144度線、凌風丸の東経165線におけるも のを用いるが、本課題で東経180度線の観測も行われる場合にはそのデータも 用いる。できる限り観測ラインが閉じるようにし、インバース法を用いた流量計算に P-ALACEのデータをも取り込めるようにする。

平成9年度の研究実績、成果

  1. 本研究で用いるためのインバース法のソフトウエア開発を行った。
  2. 親潮・黒潮混合水域に投入するためのP-ALACE5台の基本仕様を決め、米国ウエッブ 社にて製作中。納入後、NOAA衛星による受信テストを行う。
  3. 本研究では、水温の鉛直プロファイルを測定できるP-ALACEを国内で初めて多数使用 する。その性能を予備的に調べるために、海地費「黒潮の開発利用調査研究」の中で、 平成9年4月に琉球列島東方に投入した1台のP-ALACEの水温プロファイルと付近のCTD による水温プロファイルを比較したところ良好な結果を得た(補足説明資料参照)。
  4. WOCE、「黒潮の開発利用調査研究」等で投入したALACEのデータ解析を行い、北太平 洋中層水の末端域とも言うべき北太平洋西部亜熱帯域における中層循環の実態を明らか にした。

平成10年度の研究計画

 4〜5月に親潮・黒潮混合域で凌風丸と高風丸が共同観測を行う際に、9年度予算で 製作・購入した5台のP-ALACEを投入する。この共同観測ではインバース法を適用でき るようにCTDの閉じた観測ラインを新たに設定した(補足説明資料参照)。得られたCTD データに対してインバース法を適用し流量分布を求める。またP-ALACEより求められる 中層の流速場と水温の鉛直プロファイルについての解析を行う。 なおP-ALACEの初期設定深度は、400mが3台、500mが1台、600mが1台で あり、塩分極小層を狙って投入する。

国際共同研究に関する海外との協力、協議等の状況、予定

現在の所なし


研究項目:北太平洋西部における観測解析研究−北緯47度線に沿った東西断面観測−

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:水塊分布に関する研究
小項目:北太平洋西部における観測解析研究−北緯47度線に沿った東西断面観測−
担当機関:海上保安庁水路部
担当者:木下秀樹、寄高博行

第I期(3年間)の研究目標:

 北緯47度線に沿った海洋観測を実施し、北太平洋亜寒帯循環の東西断面における水 温、塩分、溶存酸素、化学成分を把握することにより、表層から深層に至る水平循 環構造を把握するとともに、海洋による熱・物質の南北輸送を評価する。

 また、1985年に米国によって同線上で実施された太平洋横断観測結果との比較を行 い、長期変動を検出する。

平成9年度の研究実績,成果

 亜寒帯循環系の東西海洋構造の把握及び10年程度以上の長期変化の検出を目的とし て、釧路沖から日付変更線に至る北緯47度線に沿った観測線においてCTD・採水観測 、ADCP、XBT、XCTD等による精密海洋観測を実施し、水温、塩分、溶存酸素、栄養塩 等の化学成分の詳細断面を描き、当該海域の海洋構造の把握を行った。

 CTDによる塩分観測精度向上のために、採水による塩分測定に使用する採水瓶を変更 した結果、従来に比べ格段の精度向上が見られた。

 今年度の観測により得られたCTDによる水温断面と、1985年の米国による結果を比較 すると、47度線に沿った断面では、天皇海山列以東で表層から深層にわたり、水温 の上昇傾向が認められた。塩分濃度についての同様の比較によれば、約2000m以深で 、今年度観測した観測線全域にわたり、最大で約1/100psu程度の塩分濃度の上昇傾 向が見られた。

平成10年度の研究計画(主な航海の予定等)

 西部亜寒帯循環域において、XCTD及びADCPによる航走観測を実施する。釧路沖から 東経153度にかけては前年度実施した観測線と重ねることにより、海洋表層から中層 にかけての経年変化を検出する。

 前年度に北緯47度線に沿った観測線で実施した海洋観測結果の解析、及び1985年に 米国が実施した観測結果との詳細な比較を実施することにより、10年以上の時間ス ケールでの長期変化について検討を行う。

国際共同研究に関する海外との協力、協議等の状況、予定

 予算が認められれば、1985年に米国が実施した観測結果との比較及び10年以上の時 間スケールでの長期変化についての検討を行うために職員一名を米国スクリプス海 洋研究所に派遣する。


研究項目:化学トレ−サ−を用いた北太平洋亜寒帯循環の実態解明に関する研究

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
中項目:水塊分布に関する研究
小項目:化学トレ−サ−を用いた北太平洋亜寒帯循環の実態解明に関する研究
担当機関:通産省・資源環境技術総合研究所・環境影響予測部
研究者名:渡辺豊、原田晃

第I期(3年間)の研究目標:

 海水流動の化学トレ−サ−である六フッ化硫黄・フロンガス・ラジウムの分析機器を 開発し、北太平洋亜寒帯域において新たに、化学トレ−サ−観測を行いその空間分布 を把握する。また、これまでに実施された観測線において再度化学トレ−サ−観測を 行い、北太平洋亜寒帯循環の時間変動の把握を試みる。

平成9年度の研究実績,成果:

平成10年度の研究計画(主な航海の予定等):


研究項目:北太平洋東部及びアラスカ湾における観測研究

大項目:亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する研究
中項目:水塊分布に関する研究
小項目:北太平洋東部及びアラスカ湾における観測研究
担当機関:東海大学海洋学部
研究者名:深澤 理郎
研究協力者:鈴木 款(静岡大学理学部)

第I期の目標

 北太平洋亜寒帯海域における十年以上の時間スケールを持つ変動を抽出する。そのた めにWOCEで既に観測された測線を同程度の精度と観測密度で再観測する必要があ る。本課題では、北太平洋東部およびアラスカ湾にかかるP16Nの一部を高精度、 高密度で再観測する事を可能ならしめるために、特に観測項目の内、炭酸系に属する 全炭酸、アルカリニティ、pHについての観測の精度向上を計る。具体的には、新たな 自動分析装置を導入・改良し、現業官庁等の観測においても炭酸系のデータ取得を可 能とする。なお、当該海域における観測は、人員、船舶の運航状況から、第II期に実 施予定とせざるを得ない。

平成9年度の研究実績、成果

  1. 現時点で、室内用pH計測装置としては完成の域に達しているGEOMETER社の自動pH計 測装置を導入し、資料の温度を一定に保てるように恒温水槽内を使用できる様に改良 し計測のシステム化を行った。
  2. 東大海洋研究所の白鳳丸航海(KH97-3)を利用して、 北緯50度30分、東経145度43分で、1000Mまでの海水を採取してテストを行った。pH標 準液としてはGROMETERおよび和光純薬のほう酸液、中性りん酸塩液およびフタル酸塩 液を用いた。測定結果(付図)では小数点以下3桁までが読み取られているものの、 繰り返し測定精度はRMSで0.1%であり、これまでの現業官庁等の観測精度に比べ向上 が見られるものの、当初予定した値よりも大きかった(当初の予定はWOCE標準として 0.05%であった)。
  3. 上で得られた結果をもとに、現在までに、さらに水温の制御を確 実にするべく資料容器、恒温水循環装置の改良を行っている。大気から資料を隔絶す る事も考慮し、実際的な方法として資料の容量を容器の口径に比べてより大きくする べく改良を行っている。こられの改良によって、予定精度は十分達成できる見通しで あり、3月に駿河湾で小船を用いて再度、試験を行う予定である。

平成10年度の研究計画(主な航海の予定等)

  1. JGOFS−Worthington大学のメンバーと連絡を取りつつSOMA(全炭酸、アルカルニティ 分析装置)を導入する。ただし、この導入には、装置のアセンブリーと部品の制作が 伴っており、平成10年度後半に導入が完了する予定である。
  2. 5月に行われる東海大学海洋学部の実習航海および、10月に実施されるKNOT関連の観 測航海において、本年度導入したpH測定装置を運用し、さらに精度の向上およびシス テムの操作の簡便化をはかる。なお10月の航海では、導入が間に合えばSOMAの運用も 併せて行いたい。

国際共同研究に関する海外との協力、協議等の状況、予定

 SOMAの導入については、JGOFSの太平洋タスクチームとの連携のもとに計画を進めて 来ている。当然、JGOFSを通じて米国、特にWASHINGTION大学およびNOAA/PMELとの間で ハードウェア、また取得されたデータの交換等についての協力関係を、IGBPの下で進め て行く予定である。