2016 Fiscal Year Research-status Report
極域海洋における海氷生成・融解に伴う鉄輸送プロセスとその変動機構
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16K21586
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| Research Institution | National Institute of Polar Research |
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Principal Investigator |
中野渡 拓也 国立極地研究所, 国際北極環境研究センター, 特任研究員 (20400012)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 生態系モデル / 鉄サイクル / 季節変動 / エクマン輸送 / 風成循環 / 混合層 / 北太平洋亜寒帯 / 物質循環 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、鉄サイクルを考慮した低次生態系モデルの開発やチューニングを中心に、東京大学大気海洋研究所で開発された海氷・海洋結合モデル(Iced COCO)をベースに行った。沿岸域の物質輸送には、メソスケールの海洋循環が主要な役割を担うため、その現象の理解や解明には、中規模渦を解像する高解像度物理モデルを用いる必要があるが、多くのコンピューター資源を必要とするため、準備段階として中解像度の物理モデルに対して、栄養塩や鉄循環のサイクルを比較的シンプルに扱った低次生態系モデルを用いた数値実験を行った。
低次生態系モデルとして栄養塩型の鉄モデル[Parekh et al. 2005]を中解像度の海洋物理モデルに移植し、北太平洋や北極海表層における鉄と栄養塩の季節変動、および経年変動のシミュレーションを行った。その結果、オホーツク海の下流域である親潮海域や北太平洋亜寒帯域における表層の溶存鉄濃度は冬季（3月）に最大値、夏季（9月）に最小値を示す季節変動が再現された。このモデルの溶存鉄濃度と親潮海域で過去に取得された観測値と比較した結果、定性的によく一致していることを確かめた。また、表層における栄養塩濃度の分布や栄養塩の取り込み速度についても現場観測データや衛星観測データと比較した結果、この低次生態系モデルは観測データとよい一致を示すことがわかった。このシミュレーションデータに基づいて、表層鉄濃度の季節変動メカニズム（冬季の鉄濃度の上昇メカニズム）を調べた結果、従来指摘されいる冬季の冷却による鉛直混合プロセスに加えて、冬季に強化される亜寒帯循環によって、オホーツク海などの上流域からの水平的輸送も同程度に影響していることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は、鉄循環を含んだ低次生態系モデル [Parekh et al. 2005]を中解像度の海洋物理モデルに移植し、北太平洋や北極海表層における鉄と栄養塩の季節変動、および経年変動に関する数値シミュレーションを実施した。また、中規模渦を解像する北太平洋の高解像度物理モデルに関しては、上述の低次生態系モデルを移植し、鉄の主要なソース源である大気ダストや大陸棚からセジメントフラックスに関する感度実験を行った。
さらに、これらの得られた数値実験の結果の妥当性の評価については、北海道大学 低温科学研究所の西岡純准教授を中心とする研究グループや日本近海で観測された親潮海域における現場観測の溶存鉄濃度や栄養塩のデータ、及び海面のクロロフィル濃度の衛星観測データやそれらに基づいた基礎生産量の推定値との比較を行った。その結果、中解像度の低次生態系モデルは、北太平洋亜寒帯域における表層鉄濃度の季節変動、及び経年変動を再現することを確認した。
一方で、当初予定していた海氷の生成・融解に伴う鉄の取り込みプロセスを鉄サイクルに導入し、海氷域の経年変化のインパクトを評価するまでには至らなかった。また、基礎生産量を陽に表現するNPZD型の生態系モデルの移植に関しては準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度は、中解像度の低次生態系モデルによる季節変動実験、及び経年変動実験を実施することによって、季節海氷域の下流域である親潮海域における表層の溶存鉄濃度が現実的に再現されることを明らかにした。一方で、予定していた海氷の生成や融解に伴う溶存鉄の海氷への取り込み、及び排出過程をモデルに組み込むことが出来なかった。
そこで、今年度は第一に、中解像度の低次生態系モデルに対して、鉄の生成や融解に伴う溶存鉄の海氷への取り込み過程をモデルに組み込むことを行う。また、整備された低次生態系モデルを高解像度の海洋物理モデルに移植し、鉄や栄養塩の挙動に対する渦輸送や潮汐混合による海峡域の水塊交換の役割を定量的に明らかにする。また、鉄の供給源（ダスト、陸棚、そして海氷）に関する感度実験を行い、氷縁域における鉄輸送の主要なソース源を明らかにする。これらの数値実験によって得られた結果は、オホーツク海や親潮域で取得されている現場観測データや高解像度の衛星観測データと比較することによって、数値シミュレーションの妥当性の評価を行う。特に、北太平洋西部亜寒帯では、沿岸親潮や中規模渦に伴うメソスケールの海洋循環が卓越しているので、海流が早い海域における鉄分布の再現性やその物理プロセスを明らかにする。
また、昨年度実施した中解像度の海洋物理モデルをベースとする北太平洋亜寒帯域における鉄と栄養塩の季節変動、および経年変動のシミュレーション結果については、解析結果を論文に取りまとめ、学術雑誌に投稿する。
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