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

文部科学省科学技術振興調整費総合研究「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13年度文部科学省科学技術振興調整費総合研究
「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13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ている北太平洋中層水は亜寒帯海域で形成されており、北太平洋中層水の形成に伴うオーバーターンを通じて、この海域は10数年〜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・輸送過程を量的に評価することなどが強く求められている。
 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態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、第I期に引き続き、北太平洋起源のオーバーターンの構造と強さの解明を目指し、北太平洋亜寒帯循環の全体像把握に関する研究、北太平洋中層水の形成・変質・輸送過程に関する研究、及び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を実施して、従来の気候モデルにおいて不明の点が多かった海水の循環や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、気候モデルの高度化に資する。


2.研究概要

(1)北太平洋亜寒帯循環の構造と変動の解明

 主として第I期で蓄積されたデータに基づく解析によって、表面水温・塩分、循環の基本構造、及びそれらの1年から10年程度の時間スケールを持つ変動を把握する。こうした研究と並行して、北太平洋亜寒帯循環の構造と変動の解明を進めるため、継続して観測データの充実を図る。また、解析結果や等密度面に沿って再整理された歴史的観測資料(HydroBase)をもとに、最も現実的な循環の推定、予測を可能とする診断モデルや同化モデルを作成する。

^ヾ帯表層水温の季節・経年変動に関する研究(気象庁気候・海洋気象部)

 米国海洋大気庁と共同で、日本・北米航路の商船に委託したXBT観測を継続し、第I期から継続的に取得したXBT観測及びその他の手段によって得られた表層水温データを用いて、季節変動及び経年変動に関する解析を行う。

亜寒帯の表層循環変動に関する研究

1)漂流ブイを用いた表層循環変動に関する観測研究(海上保安庁水路部)

 亜寒帯海域において複数回にわたり表面漂流ブイを放流し、アルゴスシステムによってその位置を追跡する。それらのデータと第I期に得られたデータ、さらに過去に各国が放流した漂流ブイのデータを合わせて、表層流速場の季節変動に関する解析を行う。

2)表層循環変動と吹送流評価に関する解析研究(日本水路協会海洋情報研究センター、東京大学海洋研究所)

 表層海流データとして船舶搭載型ADCPデータを収集し、海上保安庁水路部の実施する漂流ブイを用いた表層循環変動に関する研究を補完する。また、亜寒帯域は吹送流が大きく、これを除去して海流場の変動を議論するため、東京大学海洋研究所が担当して風データ等の解析を行う。

0ヾ帯における大規模な水塊の経年変動に関する解析・観測研究

1)亜寒帯中・深層水塊の変動に関する研究(海洋科学技術センター)

 第I期に実施されたP1再観測等のデータ解析をすすめ、1985年に米国が実施したP1観測結果と比較を行うことなどによって、北太平洋亜寒帯域の中層から深層にかけて、10年以上の時間スケールを持つような水塊変質の有無を調べる。また、亜寒帯全域の水塊特性に関する理解を進めるため、水産総合研究センターのWHP型の観測に参加し、資料解析を行う。

2)亜寒帯表層・亜表層水塊の変動に関する研究(水産総合研究センター遠洋水産研究所、東北大学大学院理学研究科)

 北太平洋亜寒帯海域において、XCTD/XBTによる観測を継続し、表層・亜表層の水温塩分データの蓄積を図る。これらのデータに歴史的データを合わせて解析し、西部亜寒帯海域における中冷構造とこれに関連する水塊の経年変動の実態を明らかにする。また、WOCE/WHPのデータをも加えた10年スケールの変動に関する解析を東北大学大学院理学研究科が担当して行う。さらに、東部北太平洋における亜寒帯水塊の実態を明らかにするため、西経152度に沿ったWHPに準拠した観測の実現を目指す。

げ蹴悒肇譟璽機爾鰺僂い唇ヾ帯循環変動に関する研究(工業技術院資源環境技術総合研究所、東京大学気候システム研究センター)

 第I期で得られたP1再観測や他の研究プロジェクト等で得られた化学トレーサーを統合して解析し、亜寒帯域における水塊の動態等の把握を行うとともに、東京大学気候システム研究センターが担当して、三次元的分布を持つ鉛直拡散係数や中規模渦の効果を加味した診断モデルを用いて化学トレーサー実験を行う。観測結果とモデルの比較を行って北太平洋の子午面循環の把握を行う。

グヾ帯循環変動の同化モデルによる研究(気象庁気象研究所 京都大学大学院理学研究科)

 衛星高度計による海面高度と海洋観測による海洋内部構造の関係を明らかにし、これらのデータをモデルに同化することによって、水温・塩分・流速場の四次元データセットを作成する。また、京都大学大学院理学研究科が担当して、新しい混合層モデルを取り入れた太平洋アジョイント同化モデルにより、大気海洋相互作用、亜熱帯との相互作用などに着目した四次元データセットの作成を行う。得られたデータセットの定量解析を行って、亜寒帯循環の変動とその機構を明らかにする。

 

(2)北太平洋中層水の形成と中層循環機構の解明

 北太平洋中層水(NPIW)の起源水の形成海域とされるオホーツク海・西部亜寒帯海域及び塩分極小の形成海域である日本東方海域において集中観測を実施し、亜寒帯水の挙動の定量化を図る。また、インバースモデル・高解像度海洋大循環モデルにより北太平洋規模の循環との関連を明らかにするとともに、観測との比較を通して、中層循環機構を解明する。第I期では不十分であった、亜寒帯海域でのNPIWの元となる水の形成・変動の定量化、人工衛星による親潮のモニタリングの可能性の追求、年を通じた日本東方海域での亜寒帯水の挙動の定量化、黒潮続流付近における急速な塩分極小形成過程の解明、本州東方海域におけるNPIWの展開過程と年・経年変動の追求、中層循環のモデリング、に重点をおいて研究を進める。

)迷席人涼譱愎紊侶狙におけるオホーツク海の役割に関する研究

1)起源水塊形成・変動の把握とモデル化(水産総合研究センター水産庁北海道区水産研究所、京都大学大学院理学研究科)

 NPIWの起源水の流入・流出海峡として重要なムシル海峡・北ウルップ水道を通る観測線を設定して海洋観測を実施し、過去の観測と併せて太平洋と千島海盆間で交換されるフラックスを評価するとともに、水塊の長期変動を明らかにする。また、北海道沿岸を流れNPIWの元となる親潮水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。さらに、京都大学大学院理学研究科が担当し、以上の観測結果及び衛星フラックスデータと高分解能モデル結果との比較検討を行い、サブダクトする混合水の変動と下層水との鉛直混合過程に着目した北太平洋中層水の起源水の形成過程及び千島列島を通しての輸送過程を評価する。

2)ウルップ水道と下流域の流速変動の関係解析(北海道東海大学)

 第I期で得られたウルップ水道における係留流速資料及び北海道沖の観測資料を解析し、オホーツク海水の下流域へ及ぼす影響について明らかにする。

∨迷席人涼譱愎紊療験過程と中層水の季節・経年変動の把握

1)定線観測及び準定点観測による把握(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P-ALACEフロートによる観測を行い、この海域におけるNPIWの展開過程を明らかにする。

2)中層フロートによる観測と歴史データによる経年変動の解析(気象庁気象研究所)

 P-ALACEタイプの等密度面に沿って流される中層フロートを用いげ歛蠅範携して塩分極小水塊の輸送と変質過程を観測する。過去の定線観測資料を解析し、水塊・流量等の年・経年変動を明らかにする。

1卆唄兮による親潮モニタリング関する研究(水産総合研究センター東北区水産研究所)

 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観測を行い、係留観測と組み合わせて混合水域に流入する親潮水の流量を、衛星観測から求めることを試みる。混合水域で形成される中層水の定量化・変質過程を集中観測で明らかにする。

す潮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(水産総合研究センター中央水産研究所、東京大学大学院理学系研究科)

 黒潮続流付近で形成され、混合水域・黒潮続流より南の海域へ輸送される亜寒帯水の挙動を集中観測によって周年的・定量的に明らかにする。特に、黒潮続流域で詳細な観測を行い、塩分極小水のスケール、急速に進行する塩分極小形成過程を明らかにする。黒潮続流域の詳細観測・解析・モデル化について、一部東京大学に委託して実施する。

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 北太平洋亜寒帯循環・亜熱帯循環を再現する高精度・高解像度の海洋大循環モデルを開発し、観測との比較等を通して、北太平洋中層水等中層循環機構を明らかにする。また、現実のデータを基にしたインバースモデルを用いて、中層水の展開過程を明らかにする。

 

(3)亜寒帯循環での二酸化炭素の挙動に関する観測研究

 北太平洋亜寒帯西部は、二酸化炭素を吸収する可能性がある海域として考えられているが、これまでの観測結果により、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、時空間スケールの広がりを持った観測及びガス交換係数の算定が必要である。そこで、この海域における炭酸系物質(全炭酸、pH、アルカリ度、pCO2)の分布とその季節変動に関する観測を実施し、同時にモデルにより見積もられたガス交換係数の精度査定を行い、最終的には西部亜寒帯域におけるフラックスマップを作成する。また、二酸化炭素の吸収における重要な生物過程として、二酸化炭素吸収に働く珪藻、放出に働く円石藻の動態を、観測およびモデル解析を通じて解明する。

 ”汁愼鷸晴獣坐琶圧の季節変動とフラックスの把握

1)海面二酸化炭素分圧の季節変動の解明 (気象庁気候・海洋気象部、気象庁観測部、函館海洋気象台)

 北海道南東の観測線上において年6回、洋上大気中及び表面海水中の二酸化炭素分圧を測定し、その季節的変動を把握する。また、各機関において取得された二酸化炭素分圧等のデータベースの機能強化を図る。

2)表層二酸化炭素分圧と物質循環に関する研究(海上保安庁水路部)

 三陸沖において洋上大気中および表面海水中の二酸化炭素を測定してその実態を把握する。また二酸化炭素交換係数の精度算定に資する。

3)二酸化炭素交換係数の評価とフラックスのマッピング(東海大学海洋学部)

 第I期で構築した二酸化炭素交換係数算出モデルから得られる交換係数を大気―海洋間の二酸化炭素交換時系列モデルおよび現場観測データを用い精度の評価を行う。さらに二酸化炭素分圧データと交換係数から北太平洋西部亜寒帯域における二酸化炭素フラックスマップを作成する。

∋偉Σ炭酸系物質の季節変動の把握(水産総合研究センター中央水産研究所)

 三陸沖における炭酸系物質の季節変動を把握し、その変動要因、および中層水による輸送過程を解明する。

0ヾ帯域の生物ポンプによる炭素物質輸送の季節変動の把握(水産総合研究センター北海道区水産研究所、北海道東海大学)

 厚岸沖の親潮域において時系列セディメントトラップによる沈降粒子の採取と船舶による表層の観測により二酸化炭素を固定・放出に働きがある珪藻と円石藻の動態を把握するとともに数値モデルを構築する。

 

(4)データ管理と基盤整理

 第I期に引き続き、本計画で設定したデータポリシィに沿って本計画で取得されたデータを収集し、データベース化する。また、これらのデータについて亜寒帯循環に関する知見に立脚した科学的品質管理を行う。また、SAGE研究者間のデータ・情報の迅速な交換を促進するとともに、成果をホームページ等を通して公開する。

仝Φ羸果の利用促進(気象庁気候・海洋気象部)

 第I期に確立したFTPサーバを運用して、研究者相互の情報交換を迅速に行う。また、SAGEホームページを通して本計画の活動状況及び研究成果を一般に公開する。研究成果を単年度毎にCD-ROMにまとめて公表する。

▲如璽燭隆浜及び情報提供の促進(海上保安庁水路部)

 第I期で開発したシステムを活用し、本計画で取得されたデータを収集し、データベースを充実させる。データ及び調査に関する情報を迅速に提供する体制をさらに整備し、運用する。また、データ交換に関する国際的な窓口を担当する。

データベースの構築等に関する研究(日本水路協会海洋情報研究センター)

 本計画で取得され、収集されたデータについて、第I期で開発した品質管理手法を適用して、データベースの質の向上を行うと共に、メタデータ情報を収集管理してデータに付加する。また、未収録の歴史的データの発掘・品質管理を行って、データベースに付加する。海洋学と統計学に照らし合わせた品質管理手法のアルゴリズムについて研究開発を引き続いて実施し、その成果を本計画の研究者に提供する。



3.年次計画

      研 究 項 目                   平成12年度    平成13年度

 1 北太平洋亜寒帯循環の構造と変動の解明

 (1)亜寒帯表層水温の季節・経年変動に関する研究                <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

 (2)亜寒帯の表層循環変動に関する研究

  ”採ブイを用いた表層循環変動に関する観測研究       <−表面漂流ブイの展開、データ解析−−>

  表層循環変動と吹送流評価に関する解析研究                  <−吹送流の評価、海流と吹送流の分離−>

 (3)亜寒帯における大規模な水塊の経年変動に関する解析・観測研究

  ^ヾ帯中・深層水塊の変動に関する研究                      <−データ解析、塩分・熱輸送観測−−−>

  亜寒帯表層・亜表層水塊の変動に関する研究                  <−−−−−−データ解析−−−−−−−>

 (4)化学トレーサーを用いた亜寒帯循環変動に関する研究      <−データ統合−><モデルと観測の比較>

 (5)亜寒帯循環変動の同化モデルによる研究                   <−データ同化−><−−データ解析−−>


  2 北太平洋中層水の形成と中層循環機構の解明 

 (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    

  ゝ源水塊形成・変動の把握とモデル化                        <−海洋観測、モデルと観測の比較解析−>

  ▲Ε襯奪弯綟擦伐捨域の流速変動の関係解析                  <−−−−係留系観測、データ解析−−−>

 (2)北太平洋中層水の展開過程と中層水の季節・経年変動の把握     

  …蠕観測及び準定点観測による把握                          <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

  中層フロートによる観測と歴史データによる経年変動の解析    <−フロートの展開−><−−データ解析−−>

 (3)衛星観測による親潮モニタリングに関する研究         <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

 (4)黒潮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  <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

 (5)北太平洋中層循環のモデリングによる研究                  <モデル開発、モデルと観測の比較・検証>


 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)表層二酸化炭素分圧の季節変動とフラックスの把握

  ヽぬ牝鷸晴獣坐琶圧の季節変動の解明                <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

  表層二酸化炭素分圧と物質循環に関する研究             <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

  F鷸晴獣坐埜魎昂舷瑤良床舛肇侫薀奪スのマッピング     <−−−−モデルの評価・改良−−−−−>

 (2)三陸沖炭酸系物質の季節変動の把握              <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>

 (3)亜寒帯域の生物ポンプによる炭素物質輸送の季節変動の把握  <−−−−海洋観測、データ解析−−−−>


 4 データ管理と基盤整備

 (1)研究成果の利用促進                                        <−−−リアルタイムデータベースの構築、維持−−>

 (2)データの管理及び情報提供の推進                        <−−データベース作成、国際的データ交換−>

 (3)データベースの構築等に関する研究                          <−−データの品質管理、歴史データの整理−>

II 平成13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 北太平洋亜寒帯循環の構造と変動の解明
(1)亜寒帯表層水温の季節・経年変動に関する研究 気象庁気気候・海洋気象部海洋気象課海洋気象情報室  吉田 隆(調査官)
(2)亜寒帯の表層循環変動に関する研究
 ”採ブイを用いた表層循環変動に関する観測研究 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)
 表層循環変動と吹送流評価に関する解析研究 文部科学省研究開発局
 日本水路協会(委託)
 東京大学海洋研究所

 鈴木 亨(研究開発部長代理)
○道田 豊(助教授)
(3)亜寒帯における大規模な水塊の経年変動に関する解析・観測研究
 ^ヾ帯中・深層水塊の変動に関する研究 文部科学省研究開発局
 海洋科学技術センター(委託)

◎深澤理郎(研究主幹)
 亜寒帯表層・亜表層水塊の変動に関する研究 水産総合研究センター遠洋水産研究所
 東北大学大学院理学研究科

 稲掛伝三(室長)
 須賀利雄(助教授)
(4)化学トレーサーを用いた亜寒帯循環変動に関する研究 産業技術総合研究所
 東京大学気候システム研究セ ンター
 渡辺 豊(主任研究官)

 羽角博康(助手)
(5)亜寒帯循環変動の同化モデルによる研究 気象庁気象研究所海洋研究部第三研究室
 京都大学大学院理学研究科
 
 倉賀野連(主任研究官)
 淡路敏之(教授)
2 北太平洋中層水の形成と中層循環機構の解明
(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
 ゝ源水塊形成・変動の把握とモデル化 水産総合研究センター北海道区水産研究所
 京都大学大学院理学研究科

 川崎康寛(室長)
 根田昌典(助手)
 ▲Ε襯奪弯綟擦伐捨域の流速変動の関係解析  北海道東海大学工学部  河野時廣(助教授)
(2)北太平洋中層水の展開過程と中層水の季節・経年変動の把握
 …蠕観測及び準定点観測による把握 気象庁気候・海洋気象部海洋気象課  石川孝一(調査官)
 中層フロートによる観測と歴史データによる経年変動の解析 気象庁気象研究所海洋研究部第二研究室  遠藤昌宏(室長)
(3)衛星観測による親潮モニタリングに関する研究 水産総合研究センター東北区水産研究所  渡邊朝生(室長)
(4)黒潮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 水産総合研究センター中央水産研究所
 東京大学大学院理学研究科

 川崎 清(室長)
○安田一郎(助教授)
(5)北太平洋中層循環のモデリングによる研究 気象庁気象研究所海洋研究部第一研究室  石崎 廣(主任研究官)
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)表層二酸化炭素分圧の季節変動とフラックスの把握
 ヽぬ牝鷸晴獣坐琶圧の季節変動の解明 気象庁気候・海洋気象部海洋気象課  神谷ひとみ(調査官)
 表層二酸化炭素分圧と物質循環に関する研究 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)
 F鷸晴獣坐埜魎昂舷瑤良床舛肇侫薀奪スのマッピング  東海大学海洋学部  秋山正寿(助教授)
(2)三陸沖炭酸系物質の季節変動の把握 水産総合研究センター中央水産研究所  佐々木克之(室長)
(3)亜寒帯域の生物ポンプによる炭素物質輸送の季節変動の把握 水産総合研究センター北海道区水産研究所
 北海道東海大学

○津田 敦(室長)
 服部 寛(教授)
4 データ管理と基盤整備
(1)研究成果の利用促進 気象庁気候・海洋気象部海洋気象課海洋気象情報室  吉岡典哉(予報官)
(2)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  豊嶋 茂(主任海洋情報官)
(3)データベースの構築等に関する研究 文部科学省研究開発局
 日本水路協会(委託)
○永田 豊(センター長)

(注)研究代表者は◎、研究サブテーマ責任者は○を付す。


III 研究推進委員会

   氏 名        所    属            

○  花輪 公雄   東北大学大学院理学研究科教授              

   淡路 敏之   京都大学大学院理学研究科教授                 

   宇治  豪   気象庁気象研究所海洋研究部長               

   遠藤 昌宏   気象庁気象研究所海洋研究部第2研究室長        

   奥田 邦明    水産総合研究センター東北区水産研究所混合域海洋環境部長        

   小池 勲夫   東京大学海洋研究所教授                  

   大山 準一   気象庁気候・海洋気象部海洋気象課長                  

   佐々木 稔    海上保安庁水路部海洋調査課長                    

   津田  敦   水産総合研究センター北海道区水産研究所亜寒帯海洋環境部生物環境研究室長  

   永田  豊   (財)日本水路協会海洋情報研究センター長        

    深澤 理郎     海洋科学技術センター海洋観測研究部主幹 

    道田  豊    東京大学海洋研究所助教授                        

   安田 一郎   東京大学大学院理学系研究科助教授                

   若土 正曉   北海道大学低温科学研究所教授             

  (注) ○は研究推進委員長を示す。


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