Evaluation of contribution of land-source nutrients to subarctic coastal marine ecosystems

• Project Area: Macro coastal oceanography: integrated simulation for the material dynamics from the land through the open ocean
• Project/Area Number: 22H05203
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (IV)
• Research Institution: Fisheries Research and Education Agency
• Principal Investigator: 黒田 寛 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(釧路), グループ長 (30531107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片岡 剛文 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (10533482) ; 白藤 徳夫 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(長崎), 主任研究員 (10553084) ; 中野渡 拓也 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(釧路), 主任研究員 (20400012) ; 鬼塚 年弘 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(長崎), グループ長 (60536051) ; 谷内 由貴子 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(釧路), 主任研究員 (60770493) ; 伊佐田 智規 北海道大学, 北方生物圏フィールド科学センター, 准教授 (80725359) ; 丹羽 健太郎 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(長崎), 主任研究員 (20371875)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥102,050,000 (Direct Cost: ¥78,500,000、Indirect Cost: ¥23,550,000); Fiscal Year 2024: ¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000); Fiscal Year 2023: ¥20,280,000 (Direct Cost: ¥15,600,000、Indirect Cost: ¥4,680,000); Fiscal Year 2022: ¥19,240,000 (Direct Cost: ¥14,800,000、Indirect Cost: ¥4,440,000)
• Keywords: 北海道東部太平洋亜寒帯域 / 湿原河川 / 陸域起源栄養物質 / 海洋モニタリング / 海洋モデリング / 亜寒帯沿岸域 / 栄養塩 / 溶存有機炭素 / 植物プランクトン / バクテリア / モニタリング / モデリング / 北海道東部亜寒帯沿岸 / 狭域―広域システム / 陸域起源栄養塩 / 低次生態系 / モニタリングーモデリング

Outline of Research at the Start

北海道東部太平洋亜寒帯域を対象に、陸から河川を通じて海洋に供給される物質、特に、無機態の栄養塩や溶存有機炭素が、陸水とともに海水中でどのように広がり、また、どのような過程を経て、どれほどの割合が一次生産者（植物プランクトンおよびナガコンブ）により消費されるかを、現場観測、シミュレーション、培養実験等を組み合わせて定量的に評価する。研究対象海域には、時空間規模の異なる二つの陸―海結合システム（狭域システムと広域システム）が共存しており、両システム間での物質交換などの相互作用をマクロ沿岸海洋学の視点から理解する。

Outline of Annual Research Achievements

海洋低次生態系シミュレーションについて、モデルと各種観測との比較、モデルのパラメーターやスキームの改変を行った。さらに1/10°格子の中規模海氷海洋結合低次生態系モデルの計算領域を北太平洋亜寒帯域へ拡大する作業を開始し、100m以下格子幅の超高解像度海洋モデルにダウンスケールした多重ネストシステム（1/10°→1/50°→1/250°→1/1250°）の開発を継続した。また、道東域を対象とする陸水モデルの開発にも着手した。現場調査については、2023年5月中旬に厚岸湖、厚岸湾、厚岸湾外陸棚域の三つの集中調査をほぼ同時期に実施し、河口から沖合へと広がる河川水の影響評価を解析するための資料を取得した。これらの調査に関連して、植物プランクトンについては、種同定分析や群集構造解析を実施し、単離株の種同定や生理特性実験に供するための培養系を確立した。バクテリアについては、厚岸周辺で海水試料を採集し、活発に増殖する細菌群集組成と湿原河川からの出水や河川水塊の分布などの環境変動とを比較可能な試料を収集した。ナガコンブについて、ハビタットモデルと成長モデルの開発を継続した。ナガコンブ成長モデルを構築するためにBOXモデルを作成して、実データを用いたシミュレーションを開始した。加えて、厚岸湾・厚岸湖周辺では、分布する生物種と海洋環境との関係を把握するために、新たに環境DNAを用いた分析を計画し、海水試料を採取・分析した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

年次計画通り進捗している。モデリングについては、北日本とオホーツク海域に領域を限定した1/10°格子の海氷海洋結合低次生態系モデルはすでに安定して動いており、海洋モデル単独で1/10°→1/50°→1/250°→1/1250°にダウンスケーリングする多重ネストシステムは完成し、次年度に実施する海氷モデルや低次生態系モデルを結合したダウンスケーリングの事前準備は整っている。モニタリングについては、三つの観測班に分かれて、2023年5月に厚岸湖、厚岸湾、大陸棚域周辺の集中観測に成功した。採取した生物的な試料の分析に時間を要しているが、こちらは想定内であり、次年度以降、各種植物プランクトンの単離や培養実験、細菌類を対象とする16S rRNA遺伝子のアンプリコン解析などを実施する。さらに、R5年度からナガコンブ以外の生物種情報を拡充するために環境DNAを用いた分析・解析を新たに加えた。ナガコンブのハビタットモデル（2022年度にバージョン1の論文を発表）と成長モデルの開発も計画通り順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

モデリング課題、モニタリング課題ともに年次計画に従って着実に進める。R5年度から新たな課題となった環境DNAの分析や解析には、専門的な技術を要することから、R6年度から専門性の高い研究者を研究分担者として加える。問題点は2点あり、（１）ナガコンブのハビタットモデルを構築する際、道東太平洋沿岸域全域の底質データが必要になり、このデータが公開予定であるが未だ公開されていないため、本データを利用するために関係者との協議が必要な状況である。（２）1/10°→1/50°→1/250°→1/1250°モデルにダウンスケーリングする多重ネストシステムを用いた数値計算が想定以上に計算機負荷が大きく、当初計画していた計算機のスペックではシミュレーションが円滑に進まない可能性が高いため、大学等の共同利用枠を利用して新たな計算機資源を確保する可能性を検討している。

Research Products

• [Journal Article] Far-Reaching Effects of Okhotsk Sea Ice Area on Sea Surface Heat Flux, Lower Atmosphere, and Ocean Mixed Layer (2024)
  • Author(s): Nakamura Tomohiro、Takahashi Yusuke、Nakanowatari Takuya、Mitsudera Humio
  • Journal Title: Journal of Climate Volume: 37 Issue: 2 Pages: 569-583
  • DOI: 10.1175/jcli-d-23-0239.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] オホーツク海の海氷と潮汐を介した物質輸送モデリング研究 (2024)
  • Author(s): 中野渡拓也，中村知裕，三寺史夫
  • Journal Title: 低温科学 Volume: 82 Pages: 104-118
• [Journal Article] A review of the oceanographic structure and biological productivity in the southern Okhotsk Sea (2024)
  • Author(s): R. Mundo, T. Matsunaka, T. Nakanowatari, Y. Taniuchi, M. Inoue, H. Kasai, K. Mashita, H. Mitsunushi, S. Nagao
  • Journal Title: Progress in Oceanography Volume: 221 Pages: 103194-103194
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2023.103194
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distribution pattern and habitat use of the protandrous shrimp Pandalus latirostris in relation to environmental characteristics in Akkeshi waters on the pacific coast of eastern Hokkaido, Japan (2023)
  • Author(s): Ito Sayaka、Nakagawa Toru、Shirafuji Norio、Yokota Takashi、Izumida Daisuke、Onitsuka Toshihiro、Kuroda Hiroshi、Unuma Tatsuya、Watanabe Tsuyoshi
  • Journal Title: Regional Studies in Marine Science Volume: 67 Pages: 103198-103198
  • DOI: 10.1016/j.rsma.2023.103198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Drastic changes in a lower-trophic-level ecosystem attributed to unprecedented harmful algal outbreaks in 2021 on the Pacific shelf off southeast Hokkaido, Japan (2023)
  • Author(s): Taniuchi Yukiko、Watanabe Tsuyoshi、Azumaya Tomonori、Takagi Satomi、Kasai Hiromi、Nakanowatari Takuya、Ohnishi Takuya、Kakehi Shigeho、Kuroda Hiroshi
  • Journal Title: Continental Shelf Research Volume: 267 Pages: 105114-105114
  • DOI: 10.1016/j.csr.2023.105114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of a Large Shallow Semi‐Enclosed Lagoon on Freshwater Exchange Across an Inlet Channel (2023)
  • Author(s): Kida Shinichiro、Tanaka Kiyoshi、Isada Tomonori、Nakamura Tomohiro
  • Journal Title: Journal of Geophysical Research: Oceans Volume: 129 Issue: 1 Pages: 19755-19755
  • DOI: 10.1029/2023jc019755
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ドローンを用いた機動的海中観測 (2023)
  • Author(s): 木田新一郎, 伊佐田智規, 田中潔, 中村知裕
  • Journal Title: 月刊海洋 Volume: 55 Pages: 346-351
• [Journal Article] Subarctic-scale transport of 134Cs to ocean surface off northeastern Japan in 2020 (2023)
  • Author(s): Inoue Mutsuo、Mashita Kaisei、Kameyama Hiroaki、Mitsunushi Hayata、Hatakeyama Yota、Taniuchi Yukiko、Nakanowatari Takuya、Morita Takami、Nagao Seiya
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 7524-7524
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34775-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] History, current status, and future vision of particle-tracking simulation applied to marine biology, fisheries science, and ecological engineering around Japan (2023)
  • Author(s): Kuroda Hiroshi
  • Journal Title: Fisheries Science Volume: 89 Issue: 2 Pages: 129-146
  • DOI: 10.1007/s12562-023-01673-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aquatic Primary Productivity Field Protocols for Satellite Validation and Model Synthesis. (2022)
  • Author(s): Balch, W.M., Carranza, M., Cetinic, I., Chaves, J.E., Duhamel, S., Fassbender, A., Fernandez-Carrera, A., Ferron, S., Garcn, E., Goes, J., Gomes, H., Gundersen, K., Halsey, K., Hirawake, T., Isada, T., Juranek, L., Kulk, G., Langdon, C., Letelier, R., Lopez-Sandoval, D., Mannino, A., Marra, J.F., Neale, P. et al.
  • Journal Title: IOCCG Ocean Optics and Biogeochemistry Protocols for Satellite Ocean Colour Sensor Validation Volume: 7 Pages: 1-201
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of seafloor environmental characteristics of harvesting ground of a kelp Saccharina longissima using GIS in the Pacific coastal area of eastern Hokkaido, Japan (2022)
  • Author(s): Ito Sayaka、Onitsuka Toshihiro、Kuroda Hiroshi、Hasegawa Natsuki、Fukuda Hiroki、Gouda Hiroo、Akino Hideki、Sonoki Shiori、Endo Kiyoshi、Takayama Takeshi、Nagase Keiichi、Shirafuji Norio
  • Journal Title: Regional Studies in Marine Science Volume: 55 Pages: 102527-102527
  • DOI: 10.1016/j.rsma.2022.102527
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 厚岸湾の植物プランクトン群集組成および光学特性の変化とその変動要因について (2024)
  • Author(s): 伊佐田智規・谷内由貴子・葛西広海・紫加田知幸・川田有季・Willy Angraini・木田新一郎・田中潔・中村知裕・芳村毅・Stanford B. Hooker・鈴木光次
  • Organizer: 北海道大学低温科学研究所共同研究（開拓型研究）研究集会「陸海結合システム：沿岸域の生物生産特性を制御する栄養物質のストイキオメトリー」
• [Presentation] 釧路沖の海と魚：地球温暖化、気候変動、極端現象の頻発 (2024)
  • Author(s): 黒田寛
  • Organizer: 道新釧根政経文化懇話会
  • Invited
• [Presentation] 2021年秋の道東赤潮：取り組みと進捗 (2024)
  • Author(s): 黒田寛・髙木聖実・谷内由貴子・中野渡拓也・ 大西拓也・桑田晃・葛西広海・東屋知範
  • Organizer: 北海道大学低温科学研究所共同研究（開拓型研究）研究集会「陸海結合システム：沿岸域の生物生産特性を制御する栄養物質のストイキオメトリー」
• [Presentation] 空撮ドローンとラジコンボートを用いた海況観測 (2024)
  • Author(s): 木田新一郎, 杉原光都, 伊佐田智規, 田中潔, 中村知裕
  • Organizer: 日本生態学会第71回全国大会
• [Presentation] オホーツク海の海氷鉄フラックスに関する数値シミュレーション研究 (2024)
  • Author(s): 中野渡拓也・渡邉英嗣・中村 知裕・西岡 純・三寺 史夫
  • Organizer: 第38回 北方圏国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 知床周辺海域における海氷変動予測実験について (2024)
  • Author(s): 三寺史夫・佐伯立・井上知栄・植田宏昭・中野渡拓也・黒田寛
  • Organizer: 第38回 北方圏国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] オホーツク海の温暖化実験 (2024)
  • Author(s): 佐伯立・三寺史夫・中野渡拓也・黒田寛・井上知栄・植田宏昭・岩本勉之
  • Organizer: 第38回 北方圏国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2021年秋の道東赤潮による低次生産構造の変化と主要プランクトンの赤潮耐性の評価 (2024)
  • Author(s): 谷内由貴子・大西拓也・渡辺剛・中野渡拓也・葛西広海・黒田寛
  • Organizer: 北海道大学低温科学研究所共同研究（開拓型研究）研究集会「陸海結合システム：沿岸域の生物生産特性を制御する栄養物質のストイキオメトリー」
• [Presentation] 近年の北日本の海洋環境：海洋熱波と海洋寒波 (2023)
  • Author(s): 黒田 寛
  • Organizer: 第16回サケ学研究会（魚類系統研究会ジョイント大会）
  • Invited
• [Presentation] The impact of marine heatwaves on phytoplankton community changes in the subarctic coastal region of southeastern Hokkaido, Japan (2023)
  • Author(s): Tomonori Isada, Yukiko Taniuchi, Hiromi Kasai, Tomoyuki Shikata, Uki Kawata, Willy Angraini, Shinichiro Kida, Kiyoshi Tanaka, Tomohiro Nakamura, Takeshi Yoshimura, Koji Suzuki
  • Organizer: The 20th International Conference on Harmful Algae (ICHA2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近年の北海道周辺の海洋環境 (2023)
  • Author(s): 黒田寛
  • Organizer: 2023年度水産海洋学会研究発表大会シンポジウム
• [Presentation] 湿原-河口-沿岸浅海域の連続体水系における有色および蛍光性溶存有機物の分布と供給源の評価 (2023)
  • Author(s): 文谷和歌子・Angraini Willy・伊佐田智規
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合（JpGU）2023年大会
• [Presentation] Effect of Sea Surface Warming on Primary Production and Phytoplankton Size Classes (PSCs) in the Coastal Oyashio and Oyashio Regions, Northwest Pacific (2023)
  • Author(s): Willy Angraini, Koji Suzuki, Hiromi Kasai, Tomonori Isada
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合（JpGU）2023年大会
• [Presentation] 河川水の流出過程に汽水湖が与える影響 (2023)
  • Author(s): 木田新一郎・田中潔・伊佐田智規・中村知裕
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合（JpGU）2023年大会
• [Presentation] Effect of Sea Surface Warming on Primary Production and Phytoplankton Size Classes (PSCs) in the Coastal Oyashio and Oyashio Regions, Northwest Pacific (2023)
  • Author(s): Willy Angraini, Koji Suzuki, Hiromi Kasai, Tomonori Isada
  • Organizer: 20th Annual Meeting Asia Oceania Geoscience Sociaty (AOGS2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Assessment of Particle Absorption Coefficient Measurement Quality during the IOPs Workshop 2023 by the GCOM-C Ocean Color Community (2023)
  • Author(s): Hiroto Higa, Shintaro Takao, Amane Fujiwara, Tomonori Isada, Toru Hirawake
  • Organizer: The 6th ISEE Symposium, 20th Korea-Japan/11th Asia Ocean Color Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Numerical study on decadal-scale change in primary production in the subarctic North Pacific and the Sea of Okhotsk (2023)
  • Author(s): Nakanowatari, T., T. Nakamura, H. Mitsudera, J. Nishioka, H. Nishikawa, H. Kuroda, K. Uchimoto
  • Organizer: PICES Annual meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 温暖化実験により予測される道東沿岸域の海氷分布の変化 (2023)
  • Author(s): 佐伯立・三寺史夫・中野渡拓也・黒田寛・井上知栄・植田宏昭・岩本勉之
  • Organizer: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [Presentation] オホーツク海海氷の温暖化実験 (2023)
  • Author(s): 佐伯立・三寺史夫・中野渡拓也・黒田寛・岩本勉之・井上知栄・植田宏昭
  • Organizer: 2023年度低温科学研究所共同利用研究集会
• [Presentation] Impact of Horizontal Diffusivity Parameterizations on Summer Oyashio First Branch Forecast Skill in terrain-following Ocean Model   (2023)
  • Author(s): Hung-Wei Shu・中野渡拓也・阿部祥子・永井平・瀬藤聡・奥西武・東屋知範・黒田寛
  • Organizer: 日本海洋学会2023年度秋季大会
• [Presentation] オホーツク海の温暖化実験 (2023)
  • Author(s): 佐伯立・三寺史夫・中野渡拓也・黒田寛・井上知栄・植田宏昭
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2023年大会
• [Presentation] 北太平洋北西域における134Cs濃度の経年変動からみた海水循環 (2023)
  • Author(s): 真下海成・井上睦夫・谷内由貴子・中野渡拓也・帰山秀樹・乙坂重嘉・長尾誠也
  • Organizer: 第67回放射化学討論会
• [Presentation] 2021年秋季に発生したカレニア赤潮による道東沿岸の低次生態系の変化 (2023)
  • Author(s): 谷内由貴子・渡辺剛・東屋知範・髙木聖美・葛西広海・中野渡拓也・大西拓也・筧茂穂・黒田寛
  • Organizer: 2023年度水産海洋学会研究発表大会
• [Presentation] 水温、光量、栄養塩濃度がナガコンブの成長、成熟に与える影響 (2022)
  • Author(s): 鬼塚年弘・伊藤明・東屋知範・葛西広海・黒田寛・谷内由貴子
  • Organizer: 令和4年度日本水産学会秋季大会
• [Presentation] 北太平洋亜寒帯域における基礎生産量の長期変化に対する熱塩・風成循環の影響 (2022)
  • Author(s): 中野渡拓也・中村知裕・三寺史夫・西岡純・西川はつみ・内本圭亮・黒田寛
  • Organizer: 2022年度日本海洋学会秋季大会
• [Presentation] 道東海域における海洋環境変動と浮魚類等への影響 (2022)
  • Author(s): 黒田寛
  • Organizer: 令和4年度水産油脂資源講演会
  • Invited
• [Presentation] 日本周辺太平洋陸棚域～開放型湾の低次生態系モデリング (2022)
  • Author(s): 黒田寛・高木聖実・谷内由貴子・東屋知範
  • Organizer: 2022年度水圏生態系モデリングシンポジウム
• [Presentation] 道東太平洋海域における海洋環境の変化について (2022)
  • Author(s): 黒田寛
  • Organizer: 釧路管内ブルーカーボン・セミナー
  • Invited
• [Presentation] 2021年道東赤潮：物理的視点に基づく各種解析 (2022)
  • Author(s): 黒田 寛・谷内 由貴子・高木 聖実・東屋 知範・チーム赤潮
  • Organizer: 第51 回北洋研究シンポジウム