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Impacts of Climate Variability and Change on Ocean Oxygen

Research Project

Project/Area Number 18H04129
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 63:Environmental analyses and evaluation and related fields
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

見延 庄士郎  北海道大学, 理学研究院, 教授 (70219707)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 重光 雅仁  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 研究員 (20511695)
纐纈 慎也  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境部門(海洋観測研究センター), 主任研究員 (30421887)
小埜 恒夫  国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産資源研究所(横浜), 主幹研究員 (40371786)
佐々木 克徳  北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50604815)
安中 さやか  東北大学, 理学研究科, 教授 (80620393)
相田 真希  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), グループリーダー (90463091)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥43,680,000 (Direct Cost: ¥33,600,000、Indirect Cost: ¥10,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
Fiscal Year 2019: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2018: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Keywords海洋貧酸素化 / 地球温暖化 / 日本海 / 太平洋 / 海洋生態系 / 海洋溶存酸素 / プランクトン / 底魚
Outline of Annual Research Achievements

Argoデータの解析から全球における亜表層水塊の収支を明らかにした。この収支をもとに亜表層栄養塩の季節変化の解析を行い、年間の供給に対し冬季の混合が果たす役割の評価を行った。過去のデータを広く集め統合することで、北太平洋表層栄養塩・全炭酸濃度の季節・経年変動を統一的に明らかにした。北太平洋の等密度面上の溶存酸素減少トレンドについて解析を行い、26.6σθ―27.2σθの密度面で有意な溶存酸素濃度の減少トレンドを見出した。特にオホーツク海南部とアリューシャン列島南岸で減少トレンドが顕著である。溶存有機物(難分解性と易分解性)およびバクテリアを導入した物質循環モデルを構築した。また超長期温暖化実験を行う準備を整えた。COCO-NEMUROによる1958年~2018年の結果から、北太平洋亜寒帯域西部と東部では異なった生物応答が見られた。特に親潮域における動植物プランクトン量の変化について観測値と比較検証したところ、クロロフィルaと動物プランクトンは1990年代まではPDOと相関していたが2000年代以降はPDOと有意な関係が認められなかった。日本海浅海域における貧酸素化進行状況に関する解析結果をとりまとめ、論文として刊行した。日本海浅海域の主要水産魚種であるマダイ、タチウオ、ヒラメ、ムシガレイ、ソウハチ、ケンサキイカ等の貧酸素耐性情報の収集を開始した。また初めて北太平洋の東部と西部の生態系指標の総合解析を過去半世紀について行い、特に底魚の減少が共通して明瞭であり、その一因として海洋貧酸素化の影響を指摘した論文を出版した。本論文は2022年発行のIPCC第六次評価報告書(WG2)で引用され国際的にも高い評価を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

Argoのデータ解析から物理的循環パラメータの推定を進め、昨年度までに行った物質分布場と組み合わせる準備が整った。表層栄養塩濃度の広域分布特性を、ほぼ予定通りのスケジュールで明らかにすることができた。1950年~2010年において北太平洋の等密度面上の溶存酸素減少トレンドについて解析を行った。またこの成果について、2020年度日本海洋学会秋季大会で口頭発表をした。数値モデルについても当初予定したCMIP5/6の解析は順調に進展している。魚への影響では、当初の解析対象海域であった三陸沖大陸棚における水産対象種の貧酸素耐性情報の収集は前年度までに終了している。前年度までの解析の結果、新たな貧酸素海域として発見された日本海沿岸域における水産対象種の貧酸素耐性情報の収集も開始した。さらに上記の北太平洋の東西を初めて総合した生態系指標解析から、底魚が広域的に減少傾向を持つことを明らかにして、その一因に海洋貧酸素化を指摘し、IPCC第六次評価報告書(WG2)で引用されたことは、本研究がすでに国際的な影響力を発揮している証左であり、また当初の想定を越えた成果である。

Strategy for Future Research Activity

物質分布の変化を高精度でとらえる海盆スケール観測の解析(インド洋)・準備(北太平洋)をArgoの解析と並行して進め長期変化やこれまでの推定の検証を行い、より確からしい変化の記述に努める。亜表層の酸素変動と密接に関連する、亜表層クロロフィルa濃度の広域分布を調べる。北太平洋の等密度面上の溶存酸素減少トレンドのメカニズムについて、移流の影響や飽和酸素量の変化、見かけの酸素消費量の変化などをより詳細に検討する。溶存有機物(難分解性と易分解性)およびバクテリアを導入した物質循環モデルの超長期温暖化実験を実施し、その結果を解析する。北太平洋における物理的環境と生物応答について、2000年代以降の低次生態系の変化は、これまでのPDOを指標とした解釈では説明できないことが数値実験および観測結果から示唆された。1990年代以前と2000年代以降において、何が大きく異なっているのか、亜寒帯海域東西における生物変化とその物理的背景について検証を進める。CMIP6において基礎実験のみならず、変動の原因推定に有益な、いくつかのModel Inter-Comparison実験データを入手し、過去変動の原因をそれらの実験結果で説明できるかどうかを調査する。日本海沿岸域における貧酸素化減少の発生要因を解析する。日本海沿岸域における水産対象種の分布水深の経年的変化を解析し、酸素濃度変動との関連の有無を検討する。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(60 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 13 results) Presentation (42 results) (of which Int'l Joint Research: 19 results,  Invited: 12 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ジョージア工科大学/海洋大気庁(NOAA)(米国)

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    • Author(s)
      Yasunaka, S., H. Mitsudera, F. Whitney, S. Nakaoka
    • Journal Title

      Journal of Oceanography

      Volume: 77 Pages: 3-16

    • DOI

      10.1007/s10872-020-00561-7

    • NAID

      40022471956

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  • [Journal Article] Inverse estimation of diffusivity coefficients from salinity distributions on isopycnal surfaces using Argo float array data2021

    • Author(s)
      Kouketsu Shinya
    • Journal Title

      Journal of Oceanography

      Volume: 77 Pages: 615-630

    • DOI

      10.1007/s10872-021-00595-5

    • NAID

      40022632691

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  • [Journal Article] Sedimentary supply of humic-like fluorescent dissolved organic matter and its implication for chemoautotrophic microbial activity in the Izu-Ogasawara Trench2021

    • Author(s)
      Shigemitsu M.、Yokokawa T.、Uchida H.、Kawagucci S.、Murata A.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11

    • DOI

      10.1038/s41598-021-97774-7

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Long-term trends of oxygen concentration in the waters in bank and shelves of the Southern Japan Sea2021

    • Author(s)
      Ono Tsuneo
    • Journal Title

      Journal of Oceanography

      Volume: 77 Pages: 659-684

    • DOI

      10.1007/s10872-021-00599-1

    • NAID

      40022632756

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relationships Among Decadal Changes in Nitrate and Salinity in the Eastern and Western North Pacific Ocean After 20002020

    • Author(s)
      Kouketsu Shinya、Sasano Daisuke、Osafune Satoshi、Aoyama Michio
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Oceans

      Volume: 125

    • DOI

      10.1029/2019jc015916

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  • [Journal Article] Determining the distribution of fluorescent organic matter in the Indian Ocean using in situ fluorometry2020

    • Author(s)
      M.Shigemitsu, H. Uchida, T. Yokokawa, K. Arulananthan, and A. Murata
    • Journal Title

      Frontiers in Microbiology

      Volume: 11 Pages: 1-15

    • DOI

      10.3389/fmicb.2020.589262

    • NAID

      130008129758

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Marine Ecosystem Variations Over the North Pacific and Their Linkage to Large-Scale Climate Variability and Change2020

    • Author(s)
      Yati Emi、Minobe Shoshiro、Mantua Nathan、Ito Shin-ichi、Di Lorenzo Emanuele
    • Journal Title

      Frontiers in Marine Science

      Volume: 7 Pages: 578165-578165

    • DOI

      10.3389/fmars.2020.578165

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Influence of model resolution on bomb cyclones revealed by HighResMIP-PRIMAVERA simulations2020

    • Author(s)
      Gao J.., S. Minobe, M. J. Roberts, R. Haarsma, D. Putrasahan, C. D Roberts, E. Scoccimarro, L. Terray, B. Vanniere and P. L. Vidale
    • Journal Title

      Environmental Research Letters

      Volume: 15 Pages: 084001-084001

    • DOI

      10.1088/1748-9326/ab88fa

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Trends and decadal oscillations of oxygen and nutrients at 50 to 300 m depth in the equatorial and North Pacific2020

    • Author(s)
      Stramma Lothar、Schmidtko Sunke、Bograd Steven J.、Ono Tsuneo、Ross Tetjana、Sasano Daisuke、Whitney Frank A.
    • Journal Title

      Biogeosciences

      Volume: 17 Pages: 813-831

    • DOI

      10.5194/bg-17-813-2020

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanisms of Future Changes in Equatorial Upwelling: CMIP5 Intermodel Analysis2020

    • Author(s)
      Terada Mio、Minobe Shoshiro、Deutsch Curtis
    • Journal Title

      Journal of Climate

      Volume: 33 Pages: 497-510

    • DOI

      10.1175/jcli-d-19-0128.1

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spatio-temporal variability of surface water pCO2 and nutrients in the tropical Pacific from 1981 to 20152019

    • Author(s)
      Yasunaka S.、Kouketsu S.、Strutton P.G.、Sutton A.J.、Murata A.、Nakaoka S.、Nojiri Y.
    • Journal Title

      Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography

      Volume: 169-170 Pages: 104680-104680

    • DOI

      10.1016/j.dsr2.2019.104680

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sea Level and the Role of Coastal Trapped Waves in Mediating the Influence of the Open Ocean on the Coast2019

    • Author(s)
      Hughes CW, Fukumori I, Griffies SM, Huthnance JM, Minobe S, Spence P, Thompson KR, Wise A
    • Journal Title

      SURVEYS IN GEOPHYSICS

      Volume: 40 Pages: 1467-1492

    • DOI

      10.1007/s10712-019-09535-x

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Simulating the Midlatitude Atmospheric Circulation: What Might We Gain From High-Resolution Modeling of Air-Sea Interactions?2019

    • Author(s)
      Czaja, A, Frankignoul, C, Minobe, S, Vanniere, B
    • Journal Title

      Current Climate Change Reports

      Volume: 5 Pages: 390-406

    • DOI

      10.1007/s40641-019-00148-5

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mechanisms of Low-Frequency Oxygen Variability in the North Pacific2019

    • Author(s)
      Takamitsu Ito, Matthew C. Long, Curtis Deutsch, Shoshiro Minobe, and Daoxun Sun
    • Journal Title

      Global Biogeochemical Cycles

      Volume: 33 Pages: 110-124

    • DOI

      10.1029/2018gb005987

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      安中さやか
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    • Author(s)
      重光雅仁、内田裕、横川太一、村田昌彦
    • Organizer
      日本地球化学会第68会年会
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  • [Presentation] データの蓄積が明らかにする海洋環境変化2020

    • Author(s)
      安中さやか
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  • [Presentation] 北極海CO2マッピング2020

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      魅力的な「海洋科学の10年」を目指して
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    • Author(s)
      纐纈慎也
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    • Author(s)
      Tong Wang, 須賀利雄, 纐纈慎也
    • Organizer
      日本海洋学会2020年度秋季大会
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  • [Presentation] 伊豆・小笠原海溝の蛍光性溶存有機物とDIC固定速度2020

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      重光雅仁、横川太一、内田裕、川口慎介、村田昌彦
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  • [Presentation] 等密度面データを用いた北太平洋の溶存酸素濃度の長期変動2020

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      三品 海斗,佐々木 克徳,見延 庄士郎
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      日本海洋学会2020年度秋季大会
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  • [Presentation] 過去半世紀の海洋貧酸素化における観測データセットとCMIPモデルとの 比較2020

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      阿部佑美、見延 庄士郎
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      日本海洋学会2020年度秋季大会
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    • Author(s)
      Emi Yati、見延 庄士郎、Nathan Mantua、伊藤 進一、Emanuele Di Lorenzo
    • Organizer
      日本海洋学会2020年度秋季大会
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      Emi Yati、Shoshiro Minobe、Nathan Mantua、Shin-ichi Ito、Emanuele Di Lorenzo
    • Organizer
      JpGU2020
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  • [Presentation] Impacts of interdecadal climate variability and vertical mixing on biological production2020

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      Aita M.N., Komuro Y., Tadokoro K., Tatebe H., Fujiki T., Watanabe T., Hashioka T. and Harada N.
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      2020 Ocean Sciences Meeting, San Diego, CA, U.S.A., Feb. 16-21, 2020
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Linkages among physical, biogeochemical and biological oceanography: some examples and strategies2020

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      Shoshiro Minobe
    • Organizer
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  • [Presentation] Oxygen distribution inference and the budgets int the North Pacific2019

    • Author(s)
      Kouketsu, S., Osafune, S. Doi, T.
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  • [Presentation] 全球観測網から推定する海盆規模 塩分・溶存酸素変動2019

    • Author(s)
      纐纈慎也
    • Organizer
      JpGU
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  • [Presentation] Spatio-temporal variability of surface water pCO2 and nutrients in the tropical Pacific from 1981 to 20152019

    • Author(s)
      S. Yasunaka, S. Kouketsu, P.G. Strutton, A.J. Sutton, A. Murata, S. Nakaoka, Y. Nojiri
    • Organizer
      SOLAS Open Science Conference 2019
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  • [Presentation] Spatio-temporal variability of surface water pCO2 and nutrients in the tropical Pacific from 1981 to 20152019

    • Author(s)
      S. Yasunaka, S. Kouketsu, P.G. Strutton, A.J. Sutton, A. Murata, S. Nakaoka, Y. Nojiri
    • Organizer
      JpGU2019
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  • [Presentation] 北太平洋表層栄養塩の季節・経年変動2019

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      安中さやか(JAMSTEC)・三寺史夫(北海道大学)・中岡慎一郎(国環研)・Frank Whitney(加IOS)
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      日本海洋学会2019年度秋季大会
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      Christian, J., Ono, T.
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      4th GOA-ON International workshop
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  • [Presentation] Dissolved organic carbon (DOC) in the Indian Ocean2019

    • Author(s)
      SHIGEMITSU MASAHITO, YOSHIKAWA CHISATO , WAKITA MASAHIDE, MURATA AKIHIKO
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      日本海洋学会2019年度秋季大会 SCOR-GEOTRACESジョイントセッション
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      Aita M.N., Fujiki T., Tadokoro K., Komuro Y., Taketani F. and Harada N
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      OCEAN OBS’19, Hawaii Convention Center, Honolulu, HI, U.S.A., Sep. 15-20, 2019
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      Shoshiro Minobe
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      Shoshiro Minobe
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      PICES/CLIVAR WG-40 workshop on “Towards an integrated approach to understanding ecosystem predictability in the North Pacific”
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      Shoshiro Minobe
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mechanisms of future changes in equatorial upwelling: CMIP5 inter-model analysis2019

    • Author(s)
      Mio Terada, Shoshiro Minobe, Curtis Deutsch
    • Organizer
      International Workshop on Future Climate Change
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 北太平洋における溶存酸素量の変動とその要因2019

    • Author(s)
      寺嶋 雄志,見延 庄士郎
    • Organizer
      日本海洋学会2019年度秋季大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Long-term variation of subsurface oxygen and nutrient in North Pacific: Do they reflect each other?2019

    • Author(s)
      T. Ono
    • Organizer
      The Fourth Xiamen Symposium on Marine Environmental Sciences
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Decadal salinity changes on the isopycnal surfaces revealed by the Argo float array around the subarctic front in the North Pacific2018

    • Author(s)
      Kouketsu, S., Osafune, S., Kaneko, H., Sasano, D. and Aoyama M.
    • Organizer
      PICES/Changes in Transitional Areas of Pacific
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Oxygen and nutrient changes on the isopycnal surfaces inferred by the Argo float array in the North Pacific after 20002018

    • Author(s)
      Shinya Kouketsu, Satoshi Osafune, and Toshimasa Doi
    • Organizer
      Argo Science Workshop 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Large nutrient variation in the North Pacific Transitional Area2018

    • Author(s)
      Sayaka Yasunaka
    • Organizer
      PICES PTA Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 太平洋熱帯域における表層CO2分圧・栄養塩の季節・経年変動2018

    • Author(s)
      S. Yasunaka, S. Kouketsu, A. Murata, P. Strutton, A. Sutton, S. Nakaoka, Y. Nojiri
    • Organizer
      日本海洋学会2018年度秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 北太平洋表層栄養塩の季節・経年変動2018

    • Author(s)
      安中さやか、野尻幸宏、小埜恒夫、中岡慎一郎、Frank Whitney
    • Organizer
      北大低温研共同利用研究集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Spatio-temporal variability of sea surface pCO2 and nutrient in the tropical Pacific from 1981 to 20152018

    • Author(s)
      Yasunaka, S., S. Kouketsu, A. Murata, P. Strutton, A. Sutton, S. Nakaoka, Y. Nojiri
    • Organizer
      6th Argo Science Workshop
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 東部赤道太平洋における将来の溶存酸素変動の不確実性2018

    • Author(s)
      重光 雅仁 , 山本 彬友 , 岡 顕, 山中 康裕
    • Organizer
      日本海洋学会2018年度秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] O2 trends in the last six decades2018

    • Author(s)
      Shoshiro Minobe
    • Organizer
      PICES2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Introduction of WCRP-CLIVAR (Climate and Ocean - Variability, Predictability and Change)2018

    • Author(s)
      Shoshiro Minobe
    • Organizer
      JpGU2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Shoshiro Minobe2018

    • Author(s)
      Upper Ocean O2 Trend: 1958-2015
    • Organizer
      Ocean Deoxygenation: Drivers and consequences: Past, present, future
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mechanisms of Future Changes in Equatorial Upwelling: CMIP5 Intermodel Analysis2018

    • Author(s)
      Mio Terada, Shoshiro Minobe, Curtis Deutsch
    • Organizer
      Ocean Deoxygenation: Drivers and consequences: Past, present, future
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CMIP5モデルでの熱帯太平洋における湧昇流の将来変化とそのメカニズム2018

    • Author(s)
      寺田美緒,見延 庄士郎,Curtis Deutsch
    • Organizer
      日本海洋学会2018年度秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Book] Ocean Acidification and Deoxygenation in the North Pacific Ocean2019

    • Author(s)
      Christian, J.R., Ono, T. (Eds.)
    • Total Pages
      116
    • Publisher
      PICES Press
    • ISBN
      9781927797327
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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