2019 Fiscal Year Annual Research Report
黒潮・親潮等海洋前線帯の大気海洋結合系における役割とその経年変動の予測可能性
| Project Area | Mid-latitude ocean-atmosphere interaction hotspots under the changing climate |
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| Project/Area Number |
19H05701
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
野中 正見 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(アプリケーションラボ), グループリーダー (90358771)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三寺 史夫 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20360943)
東塚 知己 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (40376538)
笹井 義一 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(地球表層システム研究センター), 主任研究員 (40419130)
佐々木 英治 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(アプリケーションラボ), 主任研究員 (50359220)
碓氷 典久 気象庁気象研究所, 全球大気海洋研究部, 主任研究官 (50370333)
小守 信正 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(アプリケーションラボ), 主任技術研究員 (80359223)
田口 文明 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (80435841)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 大気海洋相互作用 / 黒潮・黒潮続流 / 経年変動 / 予測可能性 / 海洋渦・海洋前線帯 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
黒潮続流域の海面水温偏差の形成に重要な混合層厚偏差の形成メカニズムの調査を進めるとともに、北太平洋における十年規模の気候変動において重要な役割を果たす水温偏差の再出現過程の実態の解析を推進した。また、北太平洋亜寒帯循環表層の塩分躍層について、永年的な躍層に加え、夏季に発達する季節的な躍層を見出した。
水平解像度1/30度の高解像度北太平洋海洋モデルOFES2の1990年から2016年までの過去再現実験の出力を用い，北太平洋の亜熱帯反流域で冬季に活発なサブメソスケールの微細現象循環場の経年から十年規模変動を調べた。一方で、OFES2を用いた水平解像度1/10度の北太平洋海洋モデルに対して低次生態系の動的環境適応（FlexPFT）モデルと従来の低次生態系モデルをそれぞれ結合させ、それぞれシミュレーションを実施した。その結果、動的環境適応モデルは従来のモデルに比べて、特に亜熱帯域におけるクロロフィル濃度極大層をよく再現できることが示された。
2017年に発生した黒潮大蛇行のアンサンブル予測実験を実施し、現実同様、大蛇行の長期化を予測した。黒潮の低流量状態が持続していることが長期化の要因と考えられる。また、黒潮続流の下流域においては海洋中規模渦の活動度の経年・十年規模変動が数年前から予測出来る可能性があることを示唆した。
黒潮のような海盆西岸に形成される強い海流と同様に急峻な水平温度勾配を伴う内海と陸の境界に着目して大気大循環モデルを用いた数値実験を実施し、海岸域に表層風の収束・発散が生じること、その影響の及ぶ高度が夏季と冬季で異なること、などを見出した。また、大気大循環モデルAFESによる高解像度（約50km）アンサンブル過去再現実験を実施し、この実験結果と大気再解析データを組み合わせ、北太平洋域の大気変動の強制応答成分を評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
以下に記述するように、研究計画に沿って順調に研究を推進し、成果を創出している。黒潮続流域の混合層厚偏差の形成は、主に混合層直下の成層強度偏差に起因するエントレインメント速度偏差によることが明らかになった。また、北太平洋の海面水温偏差再出現過程の実態を北太平洋の一部海域についてではあるが、混合層熱収支解析、及び、領域海洋モデルを用いた感度実験により初めて定量的に明らかにした。
粒子追跡を用いて、黒潮水が亜寒帯循環へと侵入する経路について考察し、黒潮水が、渦の作用を受けて親潮第二分枝の先端から、亜熱帯水と亜寒帯水の移行領域を形成しつつ亜寒帯循環へと輸送されることが分かった。一方、より東方の海域では、時間平均的な海流によって黒潮水が亜寒帯へと輸送されることが判明した。
北太平洋1/30度モデルにより亜熱帯反流域で冬季に活発なサブメソスケールの微細現象循環場の経年から十年規模変動が、ポテンシャルエネルギーから運動エネルギーへの遷移の変動と相関し、混合層不安定の変動で励起されることが示された。また、その太平洋十年規模変動との関係性が示唆された。
海洋20世紀再現実験の予備実験として、複数の再解析データにおいて浅水波モデルにて線形の風成循環の応答を調べ、再解析データの風応力によって日本付近の数十年スケールの海水面偏差がある程度説明できることを確かめた。
大気大循環モデルによる高解像度アンサンブル過去再現実験と大気再解析データから、北太平洋域の大気変動の強制応答成分を評価した。黒潮続流域における南北海面水温勾配が、下層傾圧性強化を通じてアリューシャン・アイスランド両低気圧間のシーソー変動を十年規模の時間スケールで変調し得ることを示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
水平解像度1/20度の海洋モデルを用い、地形データセットの違いに対する、表層海流形成の敏感度について実験する。また、亜寒帯循環の塩分分布について、アラスカ湾への陸水の影響や、黒潮亜表層の低塩化が亜寒帯循環表層の低塩化に及ぼす影響について研究を開始する。また、黒潮続流域におけるエクマン湧昇速度を海洋の非一様性を考慮した定式化に基づいて見積もるとともに、その生態系や物質循環への影響を調べる。更に、北太平洋のより広範囲における水温偏差再出現過程の実態解明を目指す。
北太平洋域全域でサブメソスケールを解像し、大規模循環も同時に再現する水平解像度1/108度（約1km）の海洋モデルの実施に向けたテスト実験を通じモデルの設定を決定する。また、２つの低次生態系モデルを組み込んだ北太平洋1/10度OFES２を用いた3時間大気外力と日平均大気外力による過去再現実験をそれぞれ実施する。
20世紀再現実験を実施し、日本周辺の海洋変動の不確定性等を調べるとともに、同化結果を初期値とした黒潮続流のハインドキャスト実験を実施し、安定・不安定遷移の事例解析を行う。また、黒潮大蛇行の長期化要因と考えられる現在の黒潮低流量がどのような風の場に起因するのかを調べる。一方で、地球システムモデルに高解像度北太平洋モデルを結合させた実験の海面フラックスを中心とした現在気候の再現性評価を行う。
大気再解析と大規模AGCMアンサンブル実験結果の統合解析から強制応答成分として同定された、黒潮続流域から大西洋への海盆間遠隔影響過程のメカニズムを調査する。また、黒潮・親潮続流変動に対する大気海洋結合系応答を、大気海洋結合モデル実験により調査する。西岸境界流の流路変化に対する大気海洋海氷結合系の応答に注目した数値実験についても、これまでに実施した予備的な結果を吟味し、モデル解像度を含む実験設定を見直した上で実施する。
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