Turbulent vertical mixing, water-mass transformation and nutrient supply in the Southern Ocean

• Project Area: Giant reservoirs of heat/water/material : Global environmental changes driven by the Southern Ocean and the Antarctic Ice Sheet
• Project/Area Number: 20H04965
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 安田 一郎 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (80270792)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 南大洋 / 南極周極流 / 乱流 / 鉛直混合 / 海洋大循環 / 水塊 / 熱輸送 / 二重拡散対流 / 海洋鉛直混合 / 水塊形成 / 海洋物理学 / 栄養塩供給

Outline of Research at the Start

南大洋は、様々な海域から深層水が海面近くまで湧昇し、大きな変質を受け、底層水や中層水となって北半球へ戻り、海洋物質循環を通じて生物生産を制御する、重要な海域である。底層水形成時の変質、深層水が湧昇する際に受ける変質や表層で形成された水塊が北半球へ輸送される際に受ける変質、及び、栄養物質の生物生産への供給量、を定量化するためには、乱流による鉛直混合を求めることが必要である。本研究では、申請者らが独自に開発した高速水温計をCTDに取り付けて乱流混合を定量化する手法を用いて観測を行い、乱流構造と水塊変質・栄養物質の乱流鉛直フラックスと生物生産の関係、を明らかにすることを目的とした研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

南大洋は、様々な海域から深層水が海面近くまで湧昇し、大きな変質を受け、底層水や中層水となって北半球へ戻り、海洋物質循環を通じて生物生産を制御する、重要な海域である。底層水形成時の変質、深層水が湧昇する際に受ける変質や表層で形成された水塊が北半球へ輸送される際に受ける変質、及び、栄養物質 の生物生産への供給量、を定量化するためには、鉛直混合を定量化することが必要である。本研究では、申請者らが独自に開発した高速水温計をCTDに取り 付けて乱流混合を定量化する手法を用いた観測（研究船みらいMR19-04勝又勝郎首席航海レグ2-3: 2019/11月-2020/2月：インド大陸から南極大陸付近までの南北横断観測、MR21-04北太平洋亜寒帯海域北緯47N東西横断観測2021/7-8月）を行い、インド洋・南極周極流や北太平洋亜寒帯海域を横切る海底に至る詳細な乱流分布を明らかにした。鉛直10mスケールでのCTD密度及び流速データから乱流分布を間接的に推定する手法との比較によって、既往間接手法の有効性・利用限界が明らかとなったほか、流速シア・ストレイン比を一定値を与える簡便な方法によって、鉛直10mスケールの密度場のみからでも、乱流エネルギー散逸率や鉛直拡散係数について妥当な評価ができることを示すことができた。今後この簡便な手法を用いた、南大洋・南極周辺海域・全球での深海に至る乱流分布と、その海洋循環・気候・生態系への影響評価につながることが期待される。また、船を航走させながら、ケーブルの先に取り付けた曳航体に乱流計を取り付け、水平方向の詳細な乱流分布を測定する手法を白鳳丸航海(2022年2-3月)で試行した。この手法は、乱流計を取り付けたAUVによる観測手法のにもつながることが期待される。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 極東水文気象研究所(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] KORDI(韓国)
• [Journal Article] Enhanced vertical turbulent nitrate flux in the intermediate layer of the Kuroshio in the Tokara Strait (2021)
  • Author(s): Tanaka T.、Hasegawa D.、Yasuda I.、Yanagimoto D.、Fujio S.、Nakamura H.、Inoue R.、Nishioka J.
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: 77 Issue: 1 Pages: 45-53
  • DOI: 10.1007/s10872-020-00581-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Observations of anticyclonic eddies in the western subarctic North Pacific (2021)
  • Author(s): Dobashi Ryo、Ueno Hiromichi、Okada Yuki、Tanaka Takahiro、Nishioka Jun、Hirawake Toru、Ooki Atushi、Itoh Sachihiko、Hasegawa Daisuke、Sasai Yoshikazu、Sasaki Hideharu、Yasuda Ichiro
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: 77 Issue: 2 Pages: 229-242
  • DOI: 10.1007/s10872-020-00586-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Widespread distribution of allochthonous fluorescent dissolved organic matter in the intermediate water of the North Pacific (2021)
  • Author(s): Yamashita Youhei、Tosaka Tetsu、Bamba Rise、Kamezaki Ryuichi、Goto Shuji、Nishioka Jun、Yasuda Ichiro、Hirawake Toru、Oida Joji、Obata Hajime、Ogawa Hiroshi
  • Journal Title: Progress in Oceanography Volume: 191 Pages: 102510-102510
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2020.102510
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Vertical eddy diffusivity in the subsurface pycnocline across the Pacific (2021)
  • Author(s): Itoh S.、Kaneko H.、Kouketsu S.、Okunishi T.、Tsutsumi E.、Ogawa H.、Yasuda I.
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: 77 Issue: 2 Pages: 185-197
  • DOI: 10.1007/s10872-020-00589-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The potential role of thermohaline?shear instability in turbulence production in the Bering Sea and the subarctic North Pacific (2021)
  • Author(s): Tanaka Mamoru、Yoshida Jiro、Lee Keunjong、Goto Yasutaka、Tanaka Takahiro、Ueno Hiromichi、Onishi Hiroji、Yasuda Ichiro
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: 77 Issue: 3 Pages: 431-446
  • DOI: 10.1007/s10872-021-00602-9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A review: iron and nutrient supply in the subarctic Pacific and its impact on phytoplankton production (2021)
  • Author(s): Nishioka J, Obata H, Hirawake T, Kondo Y, Yamashita Y, Misumi K, Yasuda I
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: - Issue: 4 Pages: 561-587
  • DOI: 10.1007/s10872-021-00606-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Iron and nutrient dynamics along the East Kamchatka current, western Bering sea basin and Gulf of Anadyr (2021)
  • Author(s): Nishioka J, Hirawake T, Nomura D, Yamashita Y, Ono K, Murayama A, Shcherbinin A, Volkov Y N, Mitsudera H, Ebuch N, Wakatsuchi M, Yasuda I
  • Journal Title: Progress in Oceanography Volume: - Pages: 102662-102662
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2021.102662
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimate of turbulent energy dissipation rate using free-fall and CTD-attached fast-response thermistors in weak ocean turbulence (2021)
  • Author(s): Yasuda Ichiro、Fujio Shinzou、Yanagimoto Daigo、Lee KeungJong、Sasaki Yusuke、Zhai Shuo、Tanaka Mamoru、Itoh Sachihiko、Tanaka Takahiro、Hasegawa Daisuke、Goto Yasutaka、Sasano Daisuke
  • Journal Title: Journal of Oceanography Volume: 77 Issue: 1 Pages: 17-28
  • DOI: 10.1007/s10872-020-00574-2
  • NAID: 40022471961
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estimation of Basin-scale turbulence distribution in the North Pacific Ocean using CTD-attached thermistor measurements (2021)
  • Author(s): Goto Yasutaka、Yasuda Ichiro、Nagasawa Maki、Kouketsu Shinya、Nakano Toshiya
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 969-969
  • DOI: 10.1038/s41598-020-80029-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 公募研究:南大洋水塊形成海域における乱流鉛直混合と水塊変質・栄養物質供給 (2020)
  • Author(s): 安田一郎・佐々木雄亮
  • Organizer: 「南極の海と氷床」2020年度全体会議2020/8/11オンライン
• [Presentation] 南大洋水塊形成海域における乱流混合分布 (2020)
  • Author(s): 安田一郎・佐々木雄亮・勝又勝郎・纐纈慎也・内田裕
  • Organizer: 「南極の海と氷床」2020年度成果報告会2021/3/18オンライン
• [Presentation] 南大洋拡散型二重拡散領域における階段状構造の検出と鉛直熱輸送の評価 (2020)
  • Author(s): 佐々木雄亮・安田一郎・勝又勝郎・纐纈慎也・内田裕
  • Organizer: 「南極の海と氷床」2020年度成果報告会2021/3/17オンライン
• [Remarks] 安田一郎HP
  • URL: http://lmr.aori.u-tokyo.ac.jp/feog/yasuda/index.html