平成9年度 平成10年度 平成11年度 平成12年度 平成13年度

実施計画

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る国際共同研究」


平成9年度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る国際共同研究」
研究実施計画


I 試験研究の全体計画
 1.研究の趣旨
 2.研究概要
 3.年次計画
II 平成10年度における実施体制
III 研究推進委員会


I 試験研究の全体計画

1.研究の趣旨

 気候変動における海洋の役割の重要性が広く認識されるようになって十数年が経過した。最近の気候変動予測モデルの結果によれば,大気の気候変化に対応する海洋の変動は,熱帯海洋と並んで北太平洋亜寒帯海域において大きいことが明らかになってきている。また,この海域は二酸化炭素等温暖化物質の吸収域として,地球規模の気候変動においてきわめて重要であると考えられている。一方,中緯度に広く分布する塩分極小層で特徴づけられる北太平洋中層水の起源となる水は亜寒帯海域で形成されていると考えられ,水塊形成・鉛直循環を通じて,この海域は10年〜数十年という現在の人類にとって身近な時間スケールの気候変動にきわめて重要な役割を果たしていると考えられる。

 このように,北太平洋亜寒帯海域は人類が直面する緊急課題である気候変動の予測において鍵となる海域の一つである。従って,表層から深層に至る北太平洋亜寒帯循環の実態を把握し,その結果を気候変動予測モデルの検証に供すること,大気の変化に対するこの海域の応答をモデル化すること,二酸化炭素等の吸収・輸送過程を量的に把握することなどが強く求められる。

 しかし,この海域は冬季の気象条件が厳しいことなどから,日本近海やアリューシャン列島沿い,カナダ沿岸の一部を除いては観測事実の蓄積が少なく,他の海域に比べて実体の理解が進んでいない。そこで,ここ数年飛躍的に向上した我が国の海洋観測技術を生かし,高精度の海洋観測を展開して北太平洋亜寒帯循環の実態に迫るとともに,データ解析や数値モデルを通じてそのメカニズムを理解することが期待される。本研究課題においては,北太平洋亜寒帯循環の全体像を把握する観測研究,北太平洋中層水の形成・変質・輸送過程に関する研究,北太平洋亜寒帯循環域における二酸化炭素の挙動に関する研究,及び北太平洋亜寒帯循環のモデル化に関する研究を実施して,従来の気候変動モデルにおいて不明の点の多かった海水や海洋における温室効果気体の循環に関して基礎となる事実の蓄積を図り,気候変動モデルの高度化に資する。


2.研究概要

2.1 亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究

 北太平洋亜寒帯循環の表層水温・塩分,表層海流,中層海流などの基本構造とその変動を把握する。このうち表層水温場については,1970年代に米国によって開始されたXBT観測結果から10年以上の時間スケールを持つ変動が明らかになるなどの成果が上がっており,この観測の継続を図る。北太平洋亜寒帯域の海況変動の把握には塩分が重要と考えられるが,水温に比べるとデータは非常に少ないため,最近実用化されたXCTD等を用いて塩分場の把握を行う。表層・中層の海流分布についても,ラグランジェ測流やマイクロ波高度計データの解析を行って,その変動の把握を進める。

 また,水塊構造の10年スケールの変化についてその有無も含めて捉えるため, 1980年代の半ばに米国によって実施されたWOCEワンタイム型の観測と同等以上の精度の観測をこの研究計画の中で再度実施し,海洋構造の比較を行う。

(1)表層水温変動に関する研究

(2)表層・中層の循環像に関する研究

(3)水塊分布に関する研究

2.2 亜寒帯循環と亜熱帯循環の相互作用に関する観測研究

 北太平洋中緯度中層に広がる塩分極小層を中心とする海水NPIWは,少なくとも北太平洋西部から中央部に関する限り,オホーツク海で冬季に形成された低温で相対的に高塩分の海水を起源とし,これが太平洋に流出して北から流れてきた東カムチャツカ海流の水と混ざりながら南下し,亜熱帯系水と本州東方海域で混合された結果生じると考えられている。生成については定量的な議論に進む必要がある。一方,北太平洋中層水が北太平洋全域へ広がっていく過程については,表層の風成循環とほぼ一致するような中層の流れによって輸送されるという説が有力であるが,黒潮続流を横切る低塩分水の輸送が観測されたり, WOCEのP2線(北緯30度に沿った東西観測線)の結果,塩分極小層の海水特性が日付変更線の東西で異なっていることが指摘されるなど,不明な点も多く残されている。このようなこれまでの研究結果を基礎として,オホーツク海から本州東方沖にかけての海域において集中的な海洋観測を行い, NPIWの形成過程,形成量,展開過程の解明を図る。

(1)北太平洋中層水の形成におけるオホーツク海の役割に関する研究(水産庁北海道区水産研究所,海洋科学技術センター)

 NPIWの起源となる海水がオホーツク海に出入りする海峡として重要な北ウルップ水道,ムシル海峡を通る観測線を設定して,海洋観測,係留観測を実施し,過去の観測資料と合わせて太平洋と千島海盆間で交換される熱塩フラックスを評価する。また,オホーツク海から流出したNPIWの起源水が北海道南東岸に沿って南下する様子を定量的に捉えるため,釧路沖に観測線を設定して海洋観測,係留観測を行う。

 北海道区水産研究所においては,主として海峡部の海洋観測と釧路沖の観測を担当し,海洋科学技術センターにおいては,主として海峡部の係留観測を担当する。

(2)北太平洋中層水の展開過程の把握(気象庁気候・海洋気象部)

 北太平洋西部の,東経144度,147度,152度,165度に沿って,黒潮続流域から亜寒帯循環西部にかけて南北に縦断する観測線を設定して, CTD,XCTD,ADCPによる高密度の海洋観測やALACEフロートによる観測を行い,この海域におけるNPIWの展開過程を解明する。あわせて東経165度に沿った精密海洋観測を行い,WHPワンタイム観測結果と比較する。

(3)混合水域における中層水の形成過程に関する研究(水産庁東北区水産研究所)

 本州東方の,TOPEX/POSEIDONの軌道に沿った観測線に沿って繰り返し海洋観測を行い,係留観測と組み合わせて親潮の流量把握を行う。黒潮続流域で生成される中層水の流出量及び混合水域に戻ってくる中層水の流量を定量的に把握するため,水産庁中央水産研究所,米国ウッズホール海洋研究所,スクリップス海洋研究所,ハワイ大学と共同で集中観測を行う。

(4)続流域を通した亜熱帯海域への中層水輸送に関する研究(水産庁中央水産研究所,一部東京大学大学院理学研究科に委託)

 オホーツク海で生成されたNPIWの起源水が変質を受けつつ本州東方を南下し,混合水域から続流域にかけて亜熱帯系水と混合して新たな塩分極小層が形成されるが,その形成・変質・展開過程を定量的に把握するため,水産庁東北区水産研究所,米国ウッズホール海洋研究所,スクリップス海洋研究所と共同で空間的に密な海洋観測を行う。輸送量の定量化方法の検討,過去資料の解析等の部分については,一部東京大学に委託して実施する。

2.3 亜寒帯循環での二酸化炭素の挙動に関する研究

 北太平洋亜寒帯域の西部は、二酸化炭素を吸収する可能性のある水域と考えられているが,国立環境研究所が太平洋を横断する商船によって1995年から実施している二酸化炭素分圧の観測結果によれば、季節的な変動がきわめて大きいことが確認されており、二酸化炭素の放出・吸収を論じるためには季節変動程度の時間スケールの変動をも把握する必要がある。そこで、この海域における炭酸系物質(全炭酸、pH、アルカリニティ、pCO2)を中心とした分布とその季節変動に関する研究を実施し、同時に大気・海洋間の二酸化炭素の交換量を推定するために不可欠なガス交換係数に関する研究も進める。また、二酸化炭素の吸収における生物過程の重要性は言うまでもなく、二酸化炭素分圧の変動の様子が北太平洋亜寒帯域の東西で異なっている事実とプランクトン組成の東西の差異の関連を解明するため、プランクトン分布に関する基礎資料の蓄積を図る必要がある。

(1)炭酸系物質の時空間分布とその変動要因及び二酸化炭素フラックスの把握

(2)炭酸ガス交換係数のマッピングに関する研究(東海大学海洋学部)

 海上風観測データ、リモートセンシングデータなどをもとに砕波モデルを作成し、亜寒帯域の炭酸ガス交換係数のマッピングを行う。

(3)動植物プランクトンの空間分布とその時間変化の観測(水産庁北海道区水産研究所、同遠洋水産研究所)

 北太平洋亜寒帯循環域において動植物プランクトンの採集を行い、特に二酸化炭素収支に大きな影響を与える、珪藻、円石藻、及び大型動物プランクトンの分布様式を明らかにすることによって、生物ポンプの役割を海域別に明らかにする。また、生物活動による沈降粒子量の季節変化を明らかにする。

2.4 亜寒帯循環のモデル化及びデータ管理に関する研究

 従来の粗い格子の数値モデルにより、平均的な循環と渦拡散の効果の相対的強さが亜寒帯表層及び中層の塩分・温度や物質分布に大きく影響していることが指摘されている。そこで、現場観測による精密なデータを用いた診断モデルにより最も現実的な循環の推定を行う。さらに、いわゆる渦解像大循環モデルにより、中規模渦の想定的役割の評価を行う。また、その基礎となる観測データの国際基準にあった品質管理や観測データの公開を積極的に進めるための方策を検討する。

(1)観測データを用いたモデルに関する研究

(2)北太平洋大循環モデルによる亜寒帯循環の構造とその変動に関する研究(気象庁気象研究所、一部東北大学理学部に委託)

 大循環モデリングの手法を用いて亜寒帯循環系の表層、中層の海況、循環をシュミレートし、その平均像と変動性を明らかにするため、表層混合層を精度よく再現するモデルを開発し、高解像度のモデルを用いて数値実験を行う。また、観測データの解析を行い、表層混合層の亜表層・中層の水塊構造への寄与を明らかにするとともに、モデルの結果と比較検討する。気象研究所は主としてモデリングを担当し、データ解析については一部東北大学理学部に委託する。

(3)データベースの構築等に関する研究


3.年次計画

 研究項目                       平成 9年度    平成10年度    平成11年度

1 亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
(1)表層水温変動に関する研究
 ・北太平洋亜寒帯表層水温の季節変動に関する研究    <−−−−−北米航路観測委託、データ解析−−−−−>
 ・北太平洋亜寒帯表層水温の経年変動に関する研究    <−−−−XBT、XCTD観測、データ解析−−−−>
(2)表層・中層の循環像に関する研究
 ・北太平洋亜寒帯の表面海流循環に関する研究      <−−−−表面漂流ブイの展開、データ解析−−−−−>
 ・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 <−−−−高度計データの同化・解析手法の開発−−−>
  把握
 ・中層循環の実態解明に関する観測研究         <−−−中層フロートの放流・追跡、データ解析−−−> 
(3)水塊分布に関する研究
 ・北太平洋西部における観測解析研究−北緯47度に沿っ
  た東西断面観測−                  <−−日付変更線付近までの観測−−><−横断観測−>
 ・北太平洋東部及びアラスカ湾における観測研究     <−−−自動分析装置の導入評価−−><−予備観測−>
 ・化学トレーサーを用いた北太平洋亜寒帯循環の実態解明
  に関する研究                    <−−分析装置の開発−−><−化学トレーサー観測−>

2 亜寒帯循環と亜熱帯循環の相互作用に関する観測研究
(1)北太平洋中層水の形成におけるオホーツク海の役割に
   関する研究                    <−−−海峡部・釧路沖海洋観測、データ解析−−−−>
(2)北太平洋中層水の展開過程の把握          <−−−亜寒帯西部の南北断面観測、データ解析−−−>
(3)混合水域における中層水の形成過程に関する研究   <−−−混合水域における繰返し観測、データ解析−−>
(4)続流域を通した亜熱帯海域への中層水輸送に関する研 <−−−続流フロント域における観測データ解析−−−>
   究

3 亜寒帯循環での二酸化炭素の挙動に関する観測研究
(1)炭素系物質の時空間分布とその変動要因及び二酸化炭
   素フラックスの把握
 ・炭素系物質の時空間分布とその変動要因の把握     <−−−−炭酸系物質の分布と季節変動把握−−−−−>
                                     (混合水域、続流域)
 ・海面二酸化炭素分圧の時空間分布と二酸化炭素フラック <−−−−二酸化炭素分圧観測、季節変動評価−−−−>
  スの把握                                 (東経144度線)
 ・亜寒帯循環系における二酸化炭素分圧等の観測研究   <−−−−二酸化炭素分圧観測(北緯47度)−−−−>
(2)炭酸ガス交換係数のマッピングに関する研究     <−−砕波モデル開発−−><−−ガス交換係数評価−>
(3)動植物プランクトンの空間分布とその時間変化の観測 <−プランクトン分布の観測、生物ポンプの役割評価−>

4 亜寒帯循環のモデル化に関する研究
(1)観測データを用いたモデルに関する研究
 ・データ解析とデータ解析手法の開発          <−−−−診断モデルによる既存資料の解釈−−−−−>
 ・インバースモデルの開発               <−−インバースモデルによる中・深層循環の理解−−>
(2)北太平洋大循環モデルによる亜寒帯循環の構造とその
   変動に関する研究                 <−−−海面混合層等の高精度化、高解像度モデル−−>
(3)データベースの構築等に関する研究
 ・モデリング結果等の利用促進に関する研究       <−−−リアルタイムデータベースの構築、維持−−−>
 ・海洋データの管理及び情報提供の推進         <−−−データベース作成、データ検討委員会−−−−>
 ・高精度海洋データ整備のための品質管理手法の開発研究 <−−−データの品質管理、プロダクツの作成−−−−>

II 平成9年度における実施体制

研究項目 担当機関等 担当研究者
1 亜寒帯循環の構造とその時間変化に関する観測研究
(1)表層水温変動に関する研究
  北太平洋亜寒帯表層水温の季節変動に関する研究 気象庁気候・海洋気象部海洋課 安藤 正(予報官)
  北太平洋亜寒帯表層水温の経年変動に関する研究 水産庁遠洋水産研究所海洋・南大洋部低緯度海域海洋研究室 水野恵介(室長)
(2)表層・中層の循環像に関する研究
  北太平洋亜寒帯の表面海流循環に関する研究 海上保安庁水路部企画課海洋研究室 寄高博行(主任研究官)
  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 気象庁気象研究所海洋研究部第二研究室 倉賀野連(主任研究官)
  中層循環の実態解明に関する観測研究 気象庁気象研究所海洋研究部第二研究室 四竃信行(室長)
(3)水塊分布に関する研究
  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− 海上保安庁水路部海洋調査課 木下秀樹(海洋調査官付)
  北太平洋東部及びアラスカ湾における観測研究 科学技術庁研究開発局
 東海大学海洋学部(委託)
深澤理郎(教授)
  化学トレーサーを用いた北太平洋亜寒帯循環の実態解明に関する研究 工業技術院資源環境技術総合研究所環境影響予測部 渡辺 豊(主任研究官)
2 亜寒帯循環と亜熱帯循環の相互作用に関する観測研究
(1)北太平洋中層水の形成におけるオホーツク海の役割に関する研究 水産庁北海道区水産研究所海洋環境部海洋動態研究室
科学技術庁研究開発局
 海洋科学技術センター海洋観測研究部(委託)
川崎康寛(室長)
滝沢隆俊(主任研究員)
(2)北太平洋中層水の展開過程の把握 気象庁気候・海洋気象部海洋課 石川孝一(主任技術専門官)
(3)混合水域における中層水の形成過程に関する研究 水産庁東北区水産研究所海洋環境部海洋動態研究室 稲掛伝三(室長)
(4)続流域を通した亜熱帯海域への中層水輸送に関する研究 水産庁中央水産研究所海洋生産部変動機構研究室
 東京大学大学院地球惑星物理学専攻(一部委託)
川崎 清(室長)
安田一郎(助教授)
3 亜寒帯循環での二酸化炭素の挙動に関する研究
(1)炭酸系物質の時空間分布とその変動要因及び二酸化炭素フラックスの把握
  炭酸系物質の時空間分布とその変動要因の把握 水産庁中央水産研究所海洋生産部物質循環研究室 佐々木克之(室長)
  海面二酸化炭素分圧の時空間分布と二酸化炭素フラックスの把握 気象庁気候・海洋気象部海洋課 高谷祐吉(調査官)
  亜寒帯循環系における二酸化炭素分圧等の観測研究 海上保安庁水路部企画課海洋研究室 井本泰司(上席研究官)
(2)炭酸ガス交換係数のマッピングに関する研究 科学技術庁研究開発局
 東海大学海洋学部(委託)
秋山正寿(講師)
(3)動植物プランクトンの空間分布とその時間変化の観測 水産庁北海道区水産研究所海洋環境部生物環境研究室
水産庁遠洋水産研究所北洋資源部生態系研究室
斉藤宏明(研究員)
長沢和也(室長)
4 亜寒帯循環のモデル化及びデータ管理に関する研究
(1)観測データを用いたモデルに関する研究
  データ解析とデータ解析手法の開発 科学技術庁研究開発局
 東海大学海洋学部(委託)
深澤理郎(教授)
  インバースモデルの開発 水産庁遠洋水産研究所海洋・南大洋部低緯度海域海洋研究室
 東京大学気候システム研究センター(一部委託)
水野恵介(室長)
杉ノ原伸夫(教授)
(2)北太平洋大循環モデルによる亜寒帯循環の構造とその変動に関する研究 気象庁気象研究所海洋研究部海洋第一研究室
 東北大学大学院理学研究科(一部委託)
石崎 廣(主任研究官)
須賀利雄(助教授)
(3)データベースの構築等に関する研究
  モデリング結果等の利用促進に関する研究 気象庁気候・海洋気象部海洋課 吉田 隆(技術専門官)
  海洋データの管理及び情報提供の推進 海上保安庁水路部海洋情報課 高芝利博(主任海洋情報官)
  高精度海洋データ整備のための品質管理手法の開発研究 科学技術庁研究開発局
 日本水路協会
永田 豊(海洋情報研究センター所長)

III 研究推進委員会

  氏名    所属

 ○杉ノ原伸夫 東京大学気候システム研究センター教授
  淡路 敏之 京都大学大学院理学研究科教授
  石井 春雄 海上保安庁海上保安大学校教授
  遠藤 昌宏 気象庁気象研究所海洋研究部海洋第一研究室長
  大谷 清隆 北海道大学水産学部教授
  柏井  誠 水産庁北海道区水産研究所海洋環境部長
  小池 勲夫 東京大学海洋研究所教授
  佐々木克之 水産庁中央水産研究所海洋生産部物質循環研究室長
  永田  豊 (財)日本水路協会海洋情報研究センター長
  菱田 昌孝 海洋科学技術センター海洋観測研究部長
  深澤 理郎 東海大学海洋学部教授
  安田 一郎 東京大学大学院理学系研究科助教授

(注:○は研究推進委員長を示す。)

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