2021 Fiscal Year Annual Research Report
気象と物質循環構造が近年変化する湖沼・沿岸域の貧酸素化機構の解像
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21H01435
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
入江 政安 大阪大学, 工学研究科, 教授 (00379116)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
霜鳥 孝一 国立研究開発法人国立環境研究所, 地域環境保全領域, 主任研究員 (50593688)
中谷 祐介 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (20635164)
岡田 輝久 一般財団法人電力中央研究所, サステナブルシステム研究本部, 主任研究員 (40817962)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | データ同化 / 植物プランクトン / 貧酸素水塊 / 溶存酸素 / 流動水質モデル / 4次元変分法 / 大阪湾 / 諏訪湖 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分解による溶存酸素（DO）減少量の定量化のため，表層水を採水し，室内実験を実施した．夜間を想定した植物プランクトン量の減少過程では，クロロフィル濃度の減少速度は0.239-0.490 day-1であった．また，アンモニア態窒素の増加とその間のDOの減少がいずれもが植物プランクトンの呼吸による変化であると仮定すると，植物プランクトンの呼吸によるそれらの比は，3.13-14.55 mol O2/mol Nと幅広い値を示した．これらの実験値を用いて3次元流動水質シミュレーションを実施したところ，O2/N比が大きいケース，植物プランクトンの分解速度が小さいケースの方が，現地表層の日中のDO過飽和と夜間の急激なDO減少を再現しやすいことを明らかにした．
大阪湾奥部において，DOロガーを用いた現地培養実験を行い，現場環境における基礎生産速度を算定した．得られた基礎生産速度と光の関係は強光阻害のない飽和型の関係となり，海域の低次生態系モデルで広く用いられるEppley(1972)の植物プランクトン成長モデルとよい整合性を示した．また，午前と午後で成長速度が異なる履歴効果を仮想的に表現するための定式化を行った．
二重数を用いたデータ同化アルゴリズムを高度化し，状態推定（例：溶存酸素濃度の空間分布の再現性向上）だけではなく，水質モデルのパラメータ最適化が行える手法を構築し，個別のパラメータ値の検証を進めた．パラメータ推定の結果，水温塩分のみを修正した場合と比べ，観測値との誤差は減少した．この結果を用いて，将来気候における貧酸素水塊体積の季節変動を予測した．
この他，湖沼モデルの開発においては，浅い水域でありながら水温成層のある湖沼でも水温分布の再現が容易になる底面非断熱モデルを構築し，良い水温再現性を得た．また，これにより表層植物プランクトンの増殖の再現性が向上することを示した．
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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
コロナウィルスの感染状況が落ち着かないまま1年が経過し，現地調査を計画通りには実施できなかったものの，詳細な室内実験を実施することにより，概ね順調な進捗状況である．また，湖沼モデル，沿岸域モデルとも，現地の酸素循環を再現するための高度化，高精度化を予定通りに進めることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
酸素消費過程を分析する室内実験と，酸素生産過程でもある植物プランクトンの増殖過程の海水培養実験を別個で実施していたたため，次年度は統合的に実験を進める．また，通年で継続し，季節の変動による影響を解析する．
また，数値シミュレーションによる外的要因の影響解析においては，本年は，気候変動が及ぼす貧酸素水塊への影響評価のみであったため，気象変化の影響や湖沼の物質循環変化の影響を把握するためのより具体な検討，モデルの高精度化を実施していく．
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