| 研究課題/領域番号 |
23K20880
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01157 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分17020:大気水圏科学関連
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
中村 啓彦 鹿児島大学, 農水産獣医学域水産学系, 教授 (50284914)
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| 研究分担者 |
井上 龍一郎 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 (80624022)
堤 英輔 鹿児島大学, 農水産獣医学域水産学系, 助教 (70635846)
仁科 文子 鹿児島大学, 農水産獣医学域水産学系, 助教 (80311885)
加古 真一郎 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (60709624)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2024年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
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| キーワード | 黒潮 / 東シナ海 / 乱流 / 季節変化 / 東アジアモンスーン / 近慣性内部波 / 海洋観測 / 数値実験 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
世界有数の勢力をもつ黒潮は、北太平洋中緯度帯を広く覆う亜熱帯循環の一部である。この亜熱帯循環は、偏西風と貿易風の大規模な風のエネルギーで駆動されているが、定常状態を保つために、そのエネルギーが循環のどこかで散逸しなければならない。エネルギー散逸は、強流域の黒潮内で起こっているが、そのメカニズムの全貌はわかっていない。本研究は、東シナ海の黒潮を対象として、黒潮のエネルギー散逸のメカニズムを、海洋観測と超高解像度の数値計算を行うことによって調べることを目的としている。海洋観測では、日韓共同観測の一環として、研究期間の４年間にわたって、黒潮内に複数の係留型流速計や水温計を設置する。
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| 研究実績の概要 |
私たちは，これまでの研究の中で，東シナ海の黒潮の乱流強度は冬季に強くなる季節変動をしており，この原因として，１）冬季の黒潮の不安定化に起因して沖縄トラフの中深層で低気圧性渦が発達し，２）陸棚斜面域に渦位が負になる領域が形成され，３）対称・慣性不安定から高鉛直波数の近慣性内部重力波が射出され，４）水平流鉛直シアーが強化されるため鉛直混合が活発化するという仮説を提案した。本研究の目的は，この仮説を証明することである。仮説の証明は主に観測的に行い，補足的に数値計算を導入する。
観測： 2020年6月，沖縄本島西方の黒潮流域の4地点に，韓国との共同観測の一環で，多層式超音波流速計（ADCP）を設置した。2022年6月に実施した「かごしま丸」航海で，これら4台のADCPを回収・再設置した。また，2022年6月の航海では，乱流現象の発生傾向を年間通して観測するために，サーミスター・ストリングを設置した。2022年度は，2020年6月～2022年6月までの2年間の時系列を，４台のADCPデータについて同一座標上でデータセット化して，多変量解析等を実施した。まだ解析途中であり，上記仮説を検証には至っていない。
数値計算： 一連の現象を再現するために，2021年3月時点でRegional Ocean Modelling System（ROMS）を用いて，数値シミュレーションモデルが動作する計算機環境を構築した。しかし，モデルを構築したPD研究員が他研究機関へ移籍したため，ROMSを用いた研究を断念し，Princeton Ocean Model (研究代表者が実施)およびMIT海洋循環モデル（研究分担者が実施）による，理想化条件モデルの開発に切り替えた。両モデル共，黒潮の傾圧不安定擾乱から観測結果に類似した短周期擾乱が形成されることは再現されたが，メカニズムの解析は今後の課題として残されている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究実績の概要で述べた通り，韓国研究者（韓国海洋科学技術院とソウル大学）との共同観測の一環で実施している，多層式超音波流速計（ADCP/75KHz）の係留観測網（「マルチスケール黒潮観測網」と呼称）の構築と維持は順調に進んでいる。また，観測から得られたデータ解析に基づいて仮説を検証する研究も，修士課程学生が修士論文研究の一環で進めており，2023年度にまとまった成果を得ることができると考えている。この点では研究は順調に進行しているが，一方，超高解像度数値シミュレーションモデルの開発がやや遅れている。この研究は，観測と数値計算からの結果が融合することにより，画期的な成果が得られると考えているので，評価として「やや遅れている」を選択した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後，観測と数値計算を以下のように実施する計画である。
観測：2020年6月，沖縄本島西方の黒潮流域の4地点に，韓国海洋科学技術院とソウル大学との共同観測の一環で，多層式超音波流速計（ADCP/75KHz）を設置し「マルチスケール黒潮観測網」を展開した。その後，１年毎にこれら4台のADCPを回収・再設置した。また，2022年6月の「かごしま丸」航海では，乱流現象（水温逆転現象）の発生傾向を年間通して観測するために，「マルチスケール黒潮観測網」にサーミスター・ストリングを組み込んだ。今後は，2023年6月の「かごしま丸」航海で，これら4台のADCPとサーミスター・ストリングを回収するとともに，ADCP4台については船上でデータ回収・電池交換を済ませたあと再設置する。2022年6月までに回収した2年間のADCP4台のデータを用いて，冬季の黒潮の不安定化に連動して乱流エネルギー源となる近慣性内部波エネルギーが増加する様子を解析中である。今後は，新たに回収するADCP4台のデータを付け加えて，黒潮擾乱と近慣性内部波エネルギーの因果関係を精密化するとともに，2023年6月回収予定のサーミスター・ストリングによる水温鉛直プロファイルの１年間の時系列データから水温逆転層の出現傾向を調べる。
数値計算：上述した一連のエネルギーの流れを確かめるために，昨年度より，Princeton Ocean Model (POM)とMIT General Circulation Model (MIT GCM)を用いて，大陸棚斜面に沿って流れる黒潮の超高解像度数値シミュレーションをはじめた。昨年度に引き続きモデルを改良しながら数値計算を進め，力学プロセスの解明を目指す。
最終年度の2025年度を目途に，これらの成果を合わせて論文を投稿する。
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