2015 Fiscal Year Annual Research Report
Overturning circulation that connects the surface and intermediate layers in the North Pacific: A new perspective on its three-dimensional structure and variability
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26247076
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
三寺 史夫 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (20360943)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西垣 肇 大分大学, 教育学部, 准教授 (70253763)
美山 透 国立研究開発法人海洋研究開発機構, アプリケーションラボ, 主任研究員 (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, 東北区水産研究所, 任期付研究員 (10601916)
西岡 純 北海道大学, 低温科学研究所, 准教授 (90371533)
中村 知裕 北海道大学, 低温科学研究所, 講師 (60400008)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 海洋科学 / 北太平洋 / 子午面循環 / 準定常ジェット / 海底地形 / 高塩水輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋の表層と中深層をつなぐ子午面循環は膨大な熱・塩・物質を輸送し、地球規模の気候変動や物質循環の基盤となっている。本研究では、オホーツク海で沈み込み北太平洋の中層（300～800m）に熱・塩・物質を送り込む、北太平洋子午面循環の解明を目指す。特に、北海道東方の準定常ジェットを通した、黒潮水の亜寒帯循環への輸送過程に注目することで、子午面循環表層経路の解明を重点的に進めている。
（１）北海道東方の準定常ジェットの形成理論を導き、さらにそれを海洋再解析（JCOPE2）に適用して、ジェットの位置や強さを定量的に説明できることを示した。また、理想化された地形や風などを用いた数値モデル実験でも観測と良く対応する準定常ジェットが再現され、背の低い地形と渦の相互作用による順圧流生成が、傾圧ロスビー波特性曲線の変形に重要であることが明らかとなった。
（２）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を目指し、2015年9月に東北水研若鷹丸より準定常ジェット流軸付近に放流した、漂流ブイ12基の軌跡を解析した。その結果、準定常ジェットが分岐して数100kmスケールの双極循環が発生し、水平混合が効率的に起こることなど、細いジェットから移行領域への遷移過程を示した。また、ブイの漂流速度と衛星海面高度計から得られる地衡流と比較したところ、両者は良く一致した。
（３）現場データ、数値モデル出力の塩分の解析を進め、1970年代半ばの偏西風およびアリューシャン低気圧強化に伴う、亜熱帯－亜寒帯循環間の塩・淡水輸送について解析した。その結果、西岸を通した亜寒帯から亜熱帯への淡水供給の強化により、北太平洋中層水の低塩化傾向が進行していることがわかった。
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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
（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形成メカニズムの解明が進んだ。傾圧ロスビー波の特性曲線が海底地形上の順圧流によって強くゆがむことが、このジェットの形成要因であることを明らかにしてきたが、H27年度における特に重要な発見は、このような順圧流が「背の低い地形と海洋の中規模渦との相互作用」で効率的に形成される、ということである。これにより、今まで見過ごされていた北海道東方の背の低い500m程度の海膨の力学的役割を解明するとともに、深海の背の低い地形であっても、渦との相互作用を通じて、実は表層海洋循環に対して効率的に影響を与えるという、新たな理論を提示した。これは、他の亜寒帯海洋でも適用できる、汎用性の高い理論的枠組みである。
（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。準定常ジェット上で放流した12基の漂流の観測から、ジェットの分岐と、亜熱帯―亜寒帯間の移行領域への遷移過程を観測し、遷移域では海水の滞留時間が長く水平混合をしやすい流動構造を持ってことを見出した。さらに、衛星海面高度から推定した地衡流とブイの漂流速度に良い対応があることを導いた。漂流ブイは限られた時間に限られた個数しか流すことができないが、衛星からの地衡流速との良い対応を得られたことで、地衡流を用いた多数の仮想粒子による亜熱帯－亜寒帯循環間の交換過程の研究の基盤を作ることができた。また、上記の若鷹丸観測では、アルカリ度や栄養塩なども採取し、定常ジェット上での混合過程を研究するための試料を得た。
(3)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経路の推定をおこなった。亜熱帯－亜寒帯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示されており、今後詳しく解析する。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）準定常ジェットの形成と亜熱帯-亜寒帯高塩水輸送過程の解明に向け、海洋再解析データ（日本沿岸海洋予測実験；JCOPE）の出力に特性曲線の方法を適用することにより、準定常ジェットの形成過程の定量的な検討をさらに進める。またジェットの強度を海面高度によって定義し、海面水温や塩分場との関係を解析することで、ジェットの大気海洋相互作用における役割について考察する。地形・風などを単純化した数値実験も行い、背の低い地形―中規模渦相互作用による準定常ジェットの形成要因の解明をさらに進める。
（２）西部亜寒帯循環への高塩水侵入経路の解明に向け、準定常ジェットの流軸上に放流した漂流ブイ観測データを解析し、海水流路と変質過程を明らかにする。特に、モデル出力や海面高度から推定した海流に仮想粒子を流し、解析することで、亜熱帯－亜寒帯循環間の海水交換プロセスの解明を進める。また、2014年・2015年に実施された若鷹丸観測とロシア船観測のデータを解析することで、トレーサーから見た亜熱帯－亜寒帯循環間の海水交換および混合過程について考察する。
（３）数値実験および数値トレーサー解析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を行う。オホーツク海・北西太平洋を高解像度化した海洋海氷結合モデルを用い、亜寒帯循環の塩分決定に際し、亜熱帯循環からの高塩水がいかに寄与するのか、を明らかにする。さらに、JCOPEや気象研究所のデータ同化システム（MOVE）の出力を解析し、亜熱帯と亜寒帯間の交換流路・流量の推定を継続する。
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[Journal Article] Oceanic fronts and jets around Japan: a review2015
Author(s)
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
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Journal Title
Journal of Oceanography
Volume: 71(5)
Pages: 469-497
DOI
Peer Reviewed
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