近慣性運動に起因する海洋内部の強鉛直混合域が海盆規模の循環と物質分布に及ぼす影響

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03741
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 千手 智晴 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (60335982)
• 研究分担者: 荒巻 能史 国立研究開発法人国立環境研究所, 地球環境研究センター, 主任研究員 (00354994) ; 遠藤 貴洋 九州大学, 応用力学研究所, 准教授 (10422362)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 近慣性内部波 / 日本海 / 乱流混合 / 深層循環 / 化学トレーサー

研究実績の概要

海洋中の鉛直混合は全球的な熱塩循環のパターンや強度を規定する重要な因子であるが、空間的に一様ではなく、局所的な強鉛直混合域が偏在している。本研究では、強鉛直混合域と海盆規模の循環を一体的に調べることのできる日本海をモデル海域として、風に起因する近慣性運動が局所的な強鉛直混合域を形成する機構と、ローカルな強鉛直混合域が日本海全体の循環を決定する仕組みを解明する。
大和海盆西部で2018年10月に行った流れと密度場、乱流エネルギー散逸率の24時間観測のデータを解析した。海上風によって励起された近慣性内部波のエネルギーが下層に伝播する様子が捉えられ、また水深200～300mに散発的に現れる乱流エネルギー散逸率の極大層と、成層安定度の指標であるRichardson数の極小域に相関が認められた。このことは、内部波にともなう成層の不安定化による乱流混合の発生を示唆している。より詳細な深層での流況を観測するため、新たに大和海盆西部に流速計を係留するとともに、大和海盆と対馬海盆において化学トレーサー（放射性水素、放射性炭素、クロロフルオロカーボン類）の採水を行った。さらに7月には、日本海盆東部の深海にも流速計を係留した。
2014～2015年に大和海盆、対馬海盆で実施した係留観測データの解析を行った。その結果、上層で発生した近慣性内部波が下向きに伝播し、海底で反射した上向きの波動と重なり合うことで底層付近の流れが一時的に強化され、深海での鉛直混合が促進されている可能性が示された。
GTS回線上に流通しているArgoフロートデータを精査した結果、特に塩分データに質の劣るものが多数含まれていることが判明した。そこでJAMSTECが提供しているAdvanced Quality Controled dataについて、その分布や品質について再検討し、さらに独自の補正を施したデータセットを作成した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

大和海盆西部に2018年10月に係留した流速計の回収を2019年5月に試みたが、切離装置のトラブルにより回収できていない。機器のシグナルから、現在でも流速計は観測点に残存していることが判明している。9月、10月にも掃海による回収を試みたが、未だに回収できていない。
GTS回線上に流通しているArgoフロートデータには研究に耐え得る精度のデータが少ないことが判明し、JAMSTEC提供のAdvanced Quality Controled dataについて、その分布や精度の再検討を行った。

今後の研究の推進方策

大和海盆西部に2018年10月に係留した流速計の回収を2020年度も計画している。また、係留観測点の近傍に新たな観測点を設け、同海盆での深海測流を継続している。さらに日本海盆にも新たに流速計を係留し、2つの海盆で同時に流れを測定している。これらの流速計は2020年度中に回収予定であるが、コロナウイルスの感染拡大の影響で，現在、観測航海の中止・延期が議論されており、見通しが立たない状況にある。観測点近くの各県水産試験場などに協力を要請し、なんとか回収を実現したいと考えている。
新しい観測データが入手できた際に応用できるよう、過去に行った深層測流のデータ解析を行っているが、この過程で「海洋上層で発生した近慣性内部波が下向きに伝播し、海底で反射した上向きの波動と重なり合うことで底層付近の流れが一時的に強化され、深海での鉛直混合が促進されている」という新しい知見を得つつある。これは研究開始時には想定していなかった新しいメカニズムであるが、今後の研究の一つの方向性として取り入れる予定である。
2021年度からは、数値モデルによる強鉛直混合域と日本海全体の深層循環との関連に関する研究に着手する。現場観測が困難な分、過去の測流データ、Argoフロートによる観測データの解析とともに、モデル研究にも力を入れる予定である。

研究成果

• [国際共同研究] Kongju National University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Kongju National University
• [雑誌論文] 日本海で進行する気候変動の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒巻能史
  • 雑誌名: 水産工学 巻: 56 ページ: 181-184
• [雑誌論文] Convection of surface water in the northeastern Japan Sea: Implications from vertical profiles of 134Cs concentrations (2019)
  • 著者名/発表者名: Mutsuo Inoue, Ryosei Takehara, Shiori Yamashita, Tomoharu Senjyu, Takami Morita, Shizuho Miki, Seiya Nagao
  • 雑誌名: Marine Chemistry 巻: 214 ページ: 1-7
  • DOI: doi: 10.1016/j-marchem.2019.05.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] センサによる硝酸塩鉛直乱流拡散フラックスの計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 長谷川大介、田中雄大、松野健、千手智晴、堤英輔、中村啓彦、仁科文子、小針統、佳枝直樹、郭新宇、長井健容、奥西武、安田一郎
  • 雑誌名: 沿岸海洋研究 巻: 57 ページ: 59-64
  • 査読あり
• [雑誌論文] 日本海深層 Bottom Water 内における Gyroscopic Wave の3波共鳴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤海彦、磯田豊、千手智晴
  • 雑誌名: 北大水産彙報 巻: 69 ページ: 1-17
  • DOI: doi:10.14943/bull.fish.69.1.1
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 日本海盆東部における深層流の弱化について (2019)
  • 著者名/発表者名: 千手智晴
  • 雑誌名: 水産海洋研究 巻: 83 ページ: 134-135
• [雑誌論文] Intensification of current in coastal waters around Cape Echizen in summer (2019)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Kaneda, Kouta Ayukawa, Naoki Hirose, Tomoharu Senjyu, Yutaka Kumaki, Yosuke Igeta, Ken-ichi Fukudome, Tatsuro Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 75 ページ: 157-169
  • DOI: doi:10.1007/s10872-018-0492-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] 気候変動に伴う日本海の海洋環境変動に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒巻能史
  • 雑誌名: 水産海洋研究 巻: 83 ページ: 128-129
• [学会発表] Flow intensification by the superposition of near-inertial internal waves in the abyssal Japan Sea (East Sea), (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Senjyu and Hong-Ryeol Shin
  • 学会等名: Ocean Science Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of vertically propagating near-inertial internal waves into the Japan Sea proper water (2020)
  • 著者名/発表者名: Akie Sakai and Tomoharu Senjyu
  • 学会等名: Ocean Science Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Nutrient Supply Caused by Submesoscale and Microscale Mixing Processes in the Upstream Kuroshio (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeyoshi Nagai, Daisuke Hasegawa, Eisuke Tsutsumi, Hirohiko Nakamura, Tomoharu Senjyu, Takahiro Endoh, Takeshi Matsuno, Ryuichiro Inoue, Amit Tandon, Naoki Yoshie, Kazuki Ohgi, Ayako Nishina, Toru Kobari, Gloria Silvana Duran Gomez and Diego Andre Otero
  • 学会等名: Ocean Science Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Intensified vertical mixing around various sea mounts along the Kuroshio and its contribution to the ecosystem (2020)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Matsuno, Xinyu Guo, Hirohiko Nakamura, Eisuke Tsutsumi, Tomoharu Senjyu, 他17名
  • 学会等名: Ocean Science Meeting 2020
  • 国際学会
• [学会発表] 富山深海長谷の流れについて (2020)
  • 著者名/発表者名: 千手智晴
  • 学会等名: 九州大学応用力学研究所共同利用研究集会「東アジア縁辺海の海水循環と生物化学過程」,
• [学会発表] 富山深海長谷の中の流れについて (2019)
  • 著者名/発表者名: 千手智晴
  • 学会等名: 2019年度北海道大学低温科学研究所研究集会「縁辺海と外洋とを繋ぐ対馬暖流系の物理・化学・生物過程」
• [学会発表] Weakening of deep flow in the eastern Japan Basin (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomoharu Senjyu
  • 学会等名: The 3rd workshop of WESTPAC W06 on "A framework for cooperative studies in the Western Pacirfic Marginal Seas: Energy and materials exchange between land and open ocean"
  • 国際学会
• [学会発表] 富山深海長谷の深層流 (2019)
  • 著者名/発表者名: 千手智晴
  • 学会等名: 2019年度日仏海洋学会学術研究発表会
• [学会発表] 日本海で進行する気候変動の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒巻能史
  • 学会等名: 2019年度日本水産工学会学術講演会春季シンポジウム「気候変動に対応できる水産工学イノベーションを探る」
  • 招待講演
• [備考] 九州大学・研究者情報・千手智晴
  • URL: https://hyoka.ofc.kyushu-u.ac.jp/search/details/K001842/research.html