表層と中層を繋ぐ北太平洋の子午面循環：その三次元構造と変動メカニズムの新たな描像

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26247076
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 三寺 史夫 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20360943)
• 研究分担者: 中村 知裕 北海道大学, 低温科学研究所, 講師 (60400008) ; 西岡 純 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (90371533) ; 西垣 肇 大分大学, 教育福祉科学部, 准教授 (70253763) ; 美山 透 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 地球環境変動領域, 研究員 (80358770) ; 伊藤 進一 東京大学, 大気海洋研究所, 教授 (00371790) ; 和川 拓 国立研究開発法人水産総合研究センター, その他部局等, 研究員 (10601916)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 北太平洋子午面循環 / ジェット形成 / 塩分

研究実績の概要

本研究では、表層から中層へと通気する北太平洋の子午面循環の解明を目指し、未解明である表層を通した高塩水の経路を重点的に研究する。特に、北海道東方の準定常ジェットを通した黒潮水輸送過程に注目する。
（１）北太平洋表層における高塩水供給経路の解析：亜熱帯循環と亜寒帯循環をつなぐ準定常ジェットの形成メカニズムを解明したことが、今年度の最も重要な成果である。重要なのは亜寒帯側のロスビー波が海底地形上の順圧流に沿って南下し亜熱帯側まで侵入し、亜熱帯側のロスビー波の西方伝搬を阻害することであり、その両者の境界でジェットが生成することを突き止めた。
（２）観測による亜熱帯-亜寒帯循環間の移行領域への高塩水侵入経路の解明：東北区水産研究所若鷹丸に乗船し、2014年9月に漂流ブイ3基を準定常ジェット流軸付近に同時に放流した。この3基はほとんど分散しなかったことから、1基のブイでもラグランジュ的測流の代表性が高いことを示した。また、通信の不具合のため翌年に繰り越した12基を、2015年9月に放流したところ、ジェットから移行領域への遷移における海水混合過程を観測することができた。また、2014年7月にはロシア極東海洋気象研究所所属の観測船を用い、ロシア水域内における水温・塩分観測や化学トレーサーの観測を行い、若鷹丸と合わせて亜熱帯側・亜寒帯側をほぼ同時に観測を実施することができた。
（３）数値実験による高塩水供給システムと表層塩分決定メカニズムの解析：オホーツク海・北西太平洋を高解像度化(1/10°～1/30°格子)したモデルを用いて数値実験を行った。風を全領域で強めた実験を行った結果、亜熱帯から亜寒帯への塩分輸送が増加することが分かった。一方、北太平洋中層水では低塩化傾向が続いているが、風の強化による西岸を通した亜寒帯から亜熱帯への低塩水供給量増加が要因であることを見出した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

（１）北太平洋子午面循環表層の高塩水経路の解明に向けて、亜熱帯循環から亜寒帯循環へ黒潮水を輸送する準定常ジェットの形成メカニズムを、傾圧ロスビー波の特性曲線の観点から明らかにしたことが、今年度の最も重要な成果である。これにより、亜熱帯-亜寒帯間の輸送過程や変動機構の解明に向けて、理論的基盤ができた。また、気象研究所の4次元変分法を用いたトレーサー解析法を開発し、亜熱帯と亜寒帯間の交換流量の推定をはじめた。初期的結果として、両循環間のトレーサーは主に準定常ジェットを経路としていることが判明しつつある。
（２）循環間の海水交換を実測するために漂流ブイによるラグランジュ的観測を行っている。当初2014年9月に漂流ブイを15基投入の予定だったが、12基にARGOSとの通信の不具合が見つかったため翌年に繰り越し、2014年に3基、2015年に12基を若鷹丸より放流することにより、ジェットのラグランジュ的観測に成功した。衛星海面高度から推定した地衡流との対応もよいことが分かった。当該海域の高解像度の水温塩分およびトレーサー観測と合わせ、ジェットから移行領域に水塊が変遷する過程を調べる基盤ができた。また、2014年7月にはロシア極東海洋気象研究所所属の観測船を用い、ロシア水域内における水温・塩分観測や化学トレーサーの観測を予定通り実施することができた。
（３）数値実験による高塩水供給システムと表層塩分決定メカニズムの解析も実施している。今年度は、オホーツク海・北西太平洋を高解像度化(1/10°～1/30°格子)し、物理過程を無理なパラメタリゼーションなしに再現できるようなモデルを構築した。風を全領域で強めた実験を行った結果、亜熱帯から亜寒帯への塩分輸送が増加することを示した。また、西岸を通した亜寒帯から亜熱帯への低塩水供給により、北太平洋中層水の低塩化傾向を理解することができた。

今後の研究の推進方策

（１）準定常ジェットの形成理論を基盤に、亜熱帯-亜寒帯循環境界の海水交換過程の研究を進める。まず、形成理論を単純モデルを用いて深める。特に、5500mの水深において500mほどの低い地形にもかかわらず強い順圧流ができるメカニズムを考察し、亜寒帯循環側で特性曲線が大きくゆがみ亜熱帯側に侵入するプロセスを明らかにする。また、JCOPEや気象研のデータ同化システムを基盤にしたトレーサーの解析をさらに進めることで、黒潮水が亜寒帯循環・ベーリング海に侵入する際の準定常ジェットの役割りを明らかにすることが必要である。
（２）準定常ジェットの流軸に投入した12基の漂流ブイの軌跡を解析する。30mと60mそれぞれに抵抗体を付けたブイを解析することにより、ジェットに伴う流れ場の鉛直構造や、ジェットから移行領域に侵入する際の海水混合を観測する。また、流軸近傍や上流側の高解像度観測を行うことにより、親潮フロント付近の混合過程を明らかにすることが必要である。また、海洋再解析データに仮想粒子を流すことで、より多くの粒子を用いた解析を行う。
（３）気象研究所の4次元変分法を用いたトレーサー解析法を用い、亜熱帯と亜寒帯間の交換流量の推定を進める。これまでの結果で、両循環間のトレーサーは主に準定常ジェットを経路としていることが判明しつつある。中規模渦の役割など、そのプロセスの詳細について解析する。
（４）高解像度モデルを用いた、高塩水供給システムと表層塩分決定メカニズムの解析をさらに進める。

研究成果

• [雑誌論文] Multidecadal-scale freshening at the salinity minimum in the western part of North Pacific: Importance of wind-driven cross-gyre transport of subarctic water to subtropical gyre (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakanowatari, T., H. Mitsudera, T. Motoi, I. Ishikawa, K.-I. Ohshima, and M. Wakatsuchi
  • 雑誌名: Journal of Physical Oceanography 巻: 45 ページ: 988-1008
  • DOI: 10.1175/JPO-D-13-0274.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oceanic fronts and jets around Japan: a review (2015)
  • 著者名/発表者名: Kida, S., H. Mitsudera, S. Aoki, X. Guo, S. Ito, F. Kobashi, N. Komori. A. Kubokawa, T. Miyama, R. Morie, H. Nakamura,T. Nakamura, H. Nishigaki, M. Nonaka, H. Sasaki, Y.-N. Sasaki, T. Suga, S. Sugimoto, B. T., K., Takaya, T. Tozuka, H. Tsujino, and N. Usui
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 71(5) ページ: 469-497
  • DOI: 10.1007/s10872-015-0283-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overturning circulation that ventilates the intermediate layer of the Sea of Okhotsk and the North Pacific: the role of salinity advection (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, J., H. Mitsudera, T. Nakamura, Y. Sasajima, H. Hasumi, and M. Wakatsuchi
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: 120 ページ: 1462-1489
  • DOI: 10.1002/2014JC009995
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Causes of the multidecadal-scale warming of the intermediate water in the Okhotsk Sea and western subarctic North Pacific (2015)
  • 著者名/発表者名: Nakanowatari, T., T. Nakamura, K. Uchimoto, H. Uehara, H. Mitsudera, K. I. Ohshima, H. Hasumi, and M. Wakatsuchi
  • 雑誌名: Journal of Climate 巻: 28 ページ: 714-735
  • DOI: 10.1175/JCLI-D-14-00172.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Currents associated with the quasi-stationary jet separated from the Kuroshio Extension (2015)
  • 著者名/発表者名: Wagawa, T., S. Ito, Y. Shimizu, S. Kakehi, and D. Ambe
  • 雑誌名: Journal of Physical Oceanography 巻: 44 ページ: 1636-1653
  • DOI: 10.1175/JPO-D-12-0192.1
  • 査読あり
• [雑誌論文] 北太平洋表層亜熱帯から亜寒帯への海水通路としての準定常ジェット： レビュー (2015)
  • 著者名/発表者名: 美山透, 三寺史夫
  • 雑誌名: 月刊海洋 巻: 47 ページ: 143-151
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] How does the Amur River discharge flow over the northwestern continental shelf in the Sea of Okhotsk? (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujisaki, A., H. Mitsudera, J. Wang, and M. Wakatsuchi
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 126 ページ: 8-20
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2014.04.028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Remotely propagating salinity anomaly varies the source of North Pacific ventilation (2014)
  • 著者名/発表者名: Uehara, H., A. A. Kruts, H. Mitsudera, T. Nakamura, Y. N. Volkov, and M. Wakatsuchi
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 126 ページ: 80-97
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2014.04.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simulation of high concentration of iron in dense shelf water in the Okhotsk Sea (2014)
  • 著者名/発表者名: Uchimoto, K., T. Nakamura, J. Nishioka, H. Mitsudera, K. Misumi, D. Tsumune, and M. Wakatsuchi
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 126 ページ: 194-210
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2014.04.018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation and maintenance mechanisms of a thick snow band along the Okhotsk Sea coast of Hokkaido Island, Japan (2014)
  • 著者名/発表者名: Yagnesh, R. Y., T. Nakamura, H. Mitsudera, and M. Kawashima
  • 雑誌名: Hydrological Research Letters 巻: 8 ページ: 84-89
  • DOI: 10.3178/hrl.8.84
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical evidence for the origin of the Cold Water Belt along the northeastern coast of Hokkaido (2014)
  • 著者名/発表者名: Kuma, K., R. Sasayama, N. Hioki, Y. Morita, Y. Isoda, T. Hirawake, K. Imai, T. Aramaki, T. Nakamura, J.Nishioka, and N. Ebuchi
  • 雑誌名: Journal of Oceanography 巻: 70 ページ: 377-387
  • DOI: 10.1007/s10872-014-0239-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of temporal variation in tide-induced vertical mixing in the Kuril Straits on the thermohaline circulation originating in the Okhotsk Sea (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Y. Takeuchi, K. Uchimoto, and H. Mitsudera
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 126 ページ: 135-145
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2014.05.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biogeochemical and physical processes in the Sea of Okhotsk and the linkage to the Pacific Ocean (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishioka, J., H. Mitsudera, I. Yasuda, H. Liu, T. Nakatsuka, Y. N. Volkov
  • 雑誌名: Progress in Oceanography 巻: 126 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.pocean.2014.04.027
  • 査読あり
• [学会発表] Importance of advection to form a climate and ecological hotspot in the western North Pacific (2015)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., T. Wagawa, S. Kakehi, T. Okunishi, and D. Hasegawa
  • 学会等名: Third International Symposium "Effects of Climate Change on the World's Oceans"
  • 発表場所: Santos (Brazil)
  • 年月日: 2015-03-24
  • 国際学会
• [学会発表] 北太平洋移行領域における準定常ジェットの形成過程 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三寺史夫、美山透、西垣肇、和川拓、伊藤進一
  • 学会等名: 2015年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 北太平洋移行領域のフロント形成と変動メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 森江亮介、三寺史夫、伊藤進一、和川拓、奥西武
  • 学会等名: 2015年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] オホーツク海におけるバイオロギング海洋観測の試み (2015)
  • 著者名/発表者名: 中野渡拓也、大島慶一郎、三谷曜子、服部薫、小林万里、桜井泰憲、三寺史夫、若土正曉
  • 学会等名: 2015年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 流下方向に変化する夏季の宗谷暖流の構造とBuoyancy Arrest (2015)
  • 著者名/発表者名: 唐木達郎、三寺史夫、黒田寛
  • 学会等名: 2015年度日本海洋学会春季大会
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都港区）
  • 年月日: 2015-03-22
• [学会発表] 水中グライダーによる沿岸海洋観測の可能性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤進一, 有馬正和, 市川雅明, 青木茂, 安田一郎, 筧茂穂, 長谷川大介, 和川拓, 黒田寛, 清水勇吾
  • 学会等名: 沿岸海洋研究シンポジウム「沿岸海洋学における観測研究の最前線 I」
  • 発表場所: 東京海洋大学（東京都品川区）
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] 北西太平洋沖合域における準定常ジェットと生物的ホットスポットの形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤進一, 和川拓, 筧茂穂, 奥西武, 長谷川大介, 大野創介
  • 学会等名: サンマ等小型浮魚研究会
  • 発表場所: ユートリー八戸（青森県八戸市）
  • 年月日: 2015-02-27
• [学会発表] Conservation law on the product between the forward and adjoint variables and its use for the tracing of water mass (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujii, Y., H. Mistudera, and M. Kamachi
  • 学会等名: International Workshop on Data Assimilation
  • 発表場所: 理研計算科学研究機構（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-02-23 – 2015-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] A mechanism of ice-band pattern formation due to resonant interaction between sea ice and internal waves (2015)
  • 著者名/発表者名: Saiki, R., H. Mitsudera, A. Manome, T. Toyota, N. Kimura, J. Ukita, and T. Nakamura
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Okhotsk Sea & Sea Ice
  • 発表場所: 紋別文化会館（北海道紋別市）
  • 年月日: 2015-02-17
  • 国際学会
• [学会発表] Formation mechanism of the quasi-stationary jets in the North Pacific Transitional Domain (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsudera, H., T. Miyama, H. Nishigaki, T. Wagawa, and S. Itoh
  • 学会等名: The 30th International Symposium on Okhotsk Sea & Sea Ice
  • 発表場所: 紋別文化会館（北海道紋別市）
  • 年月日: 2015-02-17
  • 国際学会
• [学会発表] 準定常ジェットを通した北太平洋表層亜熱帯-亜寒帯海水交換 (2015)
  • 著者名/発表者名: 美山透, 三寺史夫
  • 学会等名: 新学術領域第９班、GRENE大気グループ、低温研共同利用研究合同ワークショップ
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2015-01-21
• [学会発表] Salinity Exchange through the Quasi-Stationary Jet from the Subtropical to the Subpolar Pacific Ocean (2014)
  • 著者名/発表者名: Miyama, T., and H. Mitsudera
  • 学会等名: 2014 AGU (American Geophysical Union) fall meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] An Unstable Mode Formed by Combination of Kelvin-Helmholtz Waves and Tollmien-Schlichiting Waves in Jets onthe Bottom (2014)
  • 著者名/発表者名: Abe, S., T. Nakamura, and H. Mitsudera
  • 学会等名: 2014 AGU (American Geophysical Union) fall meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-12-18
  • 国際学会
• [学会発表] 水中グライダーと係留系群を用いた準定常ジェット観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤進一, 奥西武, 筧茂穂, 和川拓, 大野創介, 長谷川大介, 倉賀野連, 川合義美, 黒田寛, 清水勇吾
  • 学会等名: 2014年度水産海洋学会研究発表大会
  • 発表場所: 中央水産研究所（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-15
• [学会発表] Formation of offshore ecological hotspots and its fluctuation in the western North Pacific (2014)
  • 著者名/発表者名: Ito, S., T. Wagawa, S. Kakehi, and T. Okunishi
  • 学会等名: PICES-2014
  • 発表場所: Yeosu (Korea)
  • 年月日: 2014-10-20
  • 国際学会
• [学会発表] 北太平洋物質循環モデルの結合～鉄-栄養塩実験～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 中野渡拓也、吉成浩志、 内本圭亮、 松田淳二、三寺史夫、中村知裕、西岡純、津旨大輔、三角和弘、羽角博康、若土正曉
  • 学会等名: 2014年度日本海洋学会秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-16
• [学会発表] 水中グライダーと係留系群を用いた海洋観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤進一, 奥西武, 筧茂穂, 和川拓, 大野創介, 長谷川大介, 倉賀野連, 川合義美
  • 学会等名: 2014年度日本海洋学会秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-14
• [学会発表] 海底混合層に着目した宗谷暖流の傾圧構造について (2014)
  • 著者名/発表者名: 唐木達郎、三寺史夫
  • 学会等名: 2014年度日本海洋学会秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-14
• [学会発表] 海洋再解析データに見られる準定常ジェットを通した亜熱帯-亜寒帯海水交換 (2014)
  • 著者名/発表者名: 美山透, 三寺史夫
  • 学会等名: 日本海洋学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2014-09-14
• [学会発表] JCOPE2 再解析で見た亜熱帯から亜寒帯への子午面輸送 (2014)
  • 著者名/発表者名: 美山透, 三寺史夫, 西垣肇, 宮澤泰正
  • 学会等名: 大槌シンポジウム2014
  • 発表場所: 大槌町中央公民館（岩手県大槌町）
  • 年月日: 2014-08-27
  • 招待講演
• [学会発表] Pathways of the North Pacific Intermediate Water Identified Through the Tangent Linear and Adjoint Models of an Ocean General Circulation Model (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujii, Y., T. Nakano, N. Usui, S. Matsumoto, H. Tsujino, and M. Kamachi
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-30
  • 国際学会
• [学会発表] Unstable Modes of Jets on the Bottom (2014)
  • 著者名/発表者名: Abe, S., T. Nakamura, and H. Mitsudera
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Overturning circulation ventilating the intermediate layer of the Sea of Okhotsk and the North Pacific: the role of salinity advection (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, J., H. Mitsudera, T. Nakamura, H. Hasumi, and M. Wakatsuchi
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Seasonal variability of dissolved iron in the western subarctic North Pacific: Importance of lateral advection processes (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakanowatari, T., K. Uchimoto, T. Nakamura, J. Nishioka, H. Mitsudera, and M. Wakatsuchi
  • 学会等名: Asia Oceania Geosciences Society (AOGS) 11th Annual Meeting
  • 発表場所: ロイトン札幌ホテル（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-28 – 2014-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] アジョ イント開発者に優しいモデルコーディング (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井陽介
  • 学会等名: 北海道大学低温科学研究所研究集会 「海氷海洋モデリングの共通基盤構築に向けて」
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-07-24
  • 招待講演